JPH0837794A - ステータ巻線内の高電流スパイクを回避する回路及び方法 - Google Patents
ステータ巻線内の高電流スパイクを回避する回路及び方法Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
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- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/28—Arrangements for controlling current
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Abstract
流の供給をイネーブルさせる場合に高電流スパイクを減
少させる技術を提供する。 【構成】 モータにおけるステータコイルを介しての電
流を駆動する回路が提供される。該回路は、電圧増幅器
と、電圧増幅器の出力を補償する補償回路と、補償回路
からの電流を選択的に放電させる選択可能な電流経路と
を有している。
Description
へのパワー即ち電力を制御する電子回路に関するもので
あって、更に詳細には、ステータコイルがスイッチ動作
される場合にブラシレスDCモータのステータ巻線にお
ける電流スパイクを最小とさせる技術に関するものであ
る。
あるが、本発明は、一般的には、三相DCモータに関す
るものであって、特に、例えばハードディスクドライ
ブ、CDROMドライブ、フロッピィディスク等を包含
するコンピュータ関連装置において見られるようなデー
タ媒体を回転するために使用されるブラシレスセンサレ
スタイプのモータに関するものである。コンピュータに
おいては、信頼性、軽量性及び正確性のために、三相ブ
ラシレスセンサレスDCモータがますますポピュラーな
ものとなっている。
ステータコイルが複数個のモータポール(極)と共に使
用されるものであるが、通常は、「Y」形態に接続した
3つのコイルを有するステータを有するものと考えるこ
とが可能である。通常、このような適用場面において
は、8ポール(極)モータが使用され、それは12個の
ステータ巻線とロータ上に4個のN−S磁極組を有して
おり、従ってロータの回転当たり4つの電気サイクルを
有するものである。動作について説明すると、「Y」形
態に接続したコイルのうち2つのコイルを介しての電流
経路が確立されると共に3番目のコイルはフローティン
グ状態とされるようなシーケンスでコイルの付勢が行な
われる。これらのシーケンスは、電流経路が変更され即
ちコミュテーションが行なわれると、電流経路を構成す
るコイルのうちの1つがフローティング状態へスイッチ
され、且つ前にフローティング状態にあったコイルが電
流経路内にスイッチ動作されて組込まれるようにこれら
のシーケンスが配列されている。更に、このシーケンス
は、フローティングコイルが電流経路内にスイッチ動作
されて組込まれる場合に、前の電流経路に含まれていた
コイルと同じ方向に電流が流れるように画定される。従
って、三相モータにおける各電気サイクルに対して6個
のコミュテーションシーケンスが画定される。多相DC
モータを動作させる方法及び装置は米国特許第5,22
1,881号により詳細に説明されている。
電流リップルが問題となっており、それはモータによっ
て発生される不所望の音響的雑音を発生したり又モータ
に不必要な摩耗を発生させるものである。従って、DC
モータの性能の重要な目安は、一定でないトルクに起因
する回転加速度であり且つ電流の関数であるリップルで
ある。リップルとステータ巻線を介しての電流との間の
関係については米国特許第5,191,269号により
詳細に説明されている。
トシステム及びホスト電源に関する電流要求である。シ
ステムの設計者にとって、DCモータが必要とする平均
電流要求が低く且つ動的要求が低いことが望ましい。熟
練のシステム設計者は、システムの全電力条件を低下さ
せるか、又は効率的な(平均的電流要求が低い)DCモ
ータでシステム性能を向上させることが可能である。逆
に、効率の悪いDCモータはシステム設計者に対して電
源寸法を増大させることを必要とするか又はその他のシ
ステム性能の特徴を諦めることを必要とさせる場合があ
る。
荷がシステム設計者によって考慮にいれることが必要と
される場合がある。過剰な動的負荷は電源をして「クロ
ーバー」させる場合があり、尚クローバーとは電源がシ
ステム内に短絡回路があるものと考える場合に電源が自
分自身を保護する機能である。更に、動的負荷が大きい
場合にはシステムへノイズが付加される。動的負荷が大
きければ大きい程、システム設計者が動的負荷に関連す
る一時的な電圧スパイクからシステムを保護することは
より一層困難となる。従って、システム設計者にとって
動的電流条件の低いDCモータとすることが得策であ
る。
図1における回路によって制御される。それはブラシレ
スDCモータに対する電流ドライバの出力段を示してい
る。この形態において遭遇する問題は、スイッチ30を
「0」位置へ移動させることによって出力段がターンオ
フされる場合に、フィードバックループ60が開放状態
となり、エラー増幅器10の内在的なオフセット電圧に
起因して、入力Vinが0Vとされたとしても、補償コ
ンデンサ20はエラー増幅器10の出力レベルへ充電さ
れる。従って、出力段はスイッチ30によって「1」位
置へ戻されると、出力段における電流は、本ループが線
形動作モードに入るまで、ステータコイル45及び検知
抵抗55によって制限されるに過ぎない。補償コンデン
サ20の値に依存して、該コンデンサを放電させるのに
必要な時間はかなりのものとなる場合があり、従って出
力電流スパイクの期間もかなりのものとなる場合があ
る。このことは、本システムの電源に関して過剰な電流
要求を形成することとなる。システムの電源に関する不
所望な負荷に加えて、電流スパイクはコンポーネントを
して付加的なパワーを散逸させることによりコンポーネ
ントに対する電気的ストレスを増加させる。これらの装
置は多くの場合にラップトップ又はノートブック型のコ
ンピュータにおいて使用され、その場合には冷却のため
の空気の通気が制限されているので、電力散逸が増加す
ると動作温度を増加させる場合がある。当該技術分野に
おいて周知の如く、半導体装置の信頼性は動作温度に逆
比例しており、そのことは、ステータ巻線用の電流ドラ
イバの電力段における電力散逸が増加することは信頼性
を減少させる場合があることを意味している。
き従来技術の欠点を解消し、ブラシレスDCモータのス
テータ巻線への電流の供給をイネーブル即ち動作可能状
態とさせる場合に高電流スパイクを減少させる技術を提
供することである。本発明の更に別の目的とするところ
は、ブラシレスDCモータにおけるステータ巻線への電
流をイネーブル即ち動作可能状態とさせることによって
発生するシステムの電源への動的負荷を減少させる技術
を提供することである。本発明の更に別の目的とすると
ころは、ステータ巻線における電流スパイクを減少させ
ることによってブラシレスDCモータ用の電流ドライバ
の出力段に対する電気的ストレスを減少させる技術を提
供することである。
Cモータにおけるステータコイルにおいての電流スパイ
クを減少させる回路を提供している。本回路は、入力電
圧とフィードバック電圧とを比較する手段と、該比較す
る手段の出力を積分する手段と、該積分する手段を選択
的に放電させる手段と、前記比較する手段の積分した出
力に応答してステータを駆動するステータ駆動回路と、
ステータコイル回路を選択的にイネーブル及びディスエ
ーブルさせる手段とを有している。
たブラシレスDCモータ用の電流ドライバの出力段を示
している。電圧比較器110が入力電圧Vinを受取
り、且つ入力電圧Vinを、コイル145を介しての電
流の流れに関連しており且つ比例するフィードバックル
ープ160における検知電圧と比較する。比較器110
の出力は、抵抗115とコンデンサ120とから構成さ
れる積分器を有する補償回路・放電スイッチ170へ供
給される。抵抗115とコンデンサ120との直列接続
の一端は接地されている。比較器110からの出力電圧
は電流へ変換され、それはコンデンサ120の上側に電
荷として格納される。この比較器の出力における変化が
検知されると、コンデンサ120は充電されるか又は放
電されて補償された電圧が増幅器125へ印加される。
増幅器125の出力は、スイッチ130が「オン」位置
即ち「1」位置にある場合に、増幅器140へ印加さ
れ、増幅器140は電界効果トランジスタ150を駆動
し、従ってインダクタ145及び抵抗155を介して電
流が接地へ流れることを許容する。コミュテーション即
ち「パワーディスエーブル」が発生し、且つインダクタ
145を介して電流の流れを取除くことが望まれる場合
には、スイッチ130が「0」位置とされ且つスイッチ
135が同時的に「0」の位置とされる。これによっ
て、コンデンサ120はスイッチ135及び増幅器14
0を介して接地へ放電され、トランジスタ150へ0V
出力を供給し、トランジスタ150はオフ状態となる。
30が削除されている。この場合に、スイッチ135が
再度「0」位置とされると、抵抗115とコンデンサ1
20の直列接続を有する補償回路が放電される。補償回
路の放電と同時的に、増幅器125が0状態に保持さ
れ、且つ増幅器140の出力も0状態に保持されて、F
ET150をオフ状態に維持する。
ており、この場合には、コンデンサ120を横断して接
地への直接的な短絡回路を与えることによってコンデン
サ120をより迅速に放電させるためにスイッチ135
が設けられており、従ってコンデンサ120をより迅速
に放電させることを可能とさせている。図6は図4と同
じであるが、スイッチと直列して更にダイオードが設け
られている。この実施例においては、ダイオードはコン
デンサが完全に放電されることを防止する。この場合に
コンデンサに付加される電圧は、ドライバ回路がイネー
ブル即ち動作可能状態とされる場合に、コンデンサをチ
ャージアップするための必要な電流をより少ないものと
させる利点を与えている。注意すべきことであるが、こ
のダイオードは本発明の実施例のいずれのものに対して
も付加させることが可能である。更に注意すべきことで
あるが、当業者は与えられた適用場面において所望され
る残留電圧を選択するために、例えばツェナーダイオー
ド及びプログラマブル電圧基準等のその他の装置又は電
圧基準を使用することも可能である。
を意図した補償回路の更に別の実施例を示しており、こ
の場合には、スイッチ135がオン位置にあり、抵抗1
15の上端を増幅器125の入力及び増幅器110の出
力へ接続させている。放電モードにある場合に、スイッ
チ135は抵抗115とコンデンサ120とを包含する
補償回路を放電させる。スイッチ135は、例えばバイ
ポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、又はその
他の電子装置の組合わせ等のトランジスタを使用するこ
とによって実現させることが可能である。
能なブラシレス多相DCモータシステムのブロック図を
示している。このブロック図において、電源300はシ
ステム電源であり、それはモータシステム200を動作
させるのに必要な電圧及び電流を供給する。該モータシ
ステムは、ロータ260とホール効果検知器270と、
コミュテータ280と、ステータ巻線ドライバ回路29
0と、ステータ巻線230,240,250を具備する
ステータ220とを有している。通常、電源300によ
ってパワー即ち電力が供給され且つロータ260の位置
を表わすホール効果検知器270に応答するコミュテー
タ280に応答してステータ巻線ドライバ回路290に
よってパワーが制御される。米国特許第5,191,2
69号は、ブラシレス多相DCモータシステムを詳細に
説明している。
一の集積回路として実現することが可能である。従っ
て、本発明はコストの点で著しく有利であり且つ信頼性
も従来技術と比較して著しく向上されている。
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
電流ドライバの出力段を示した概略図。
レスDCモータ用の電流ドライバの出力段を示した概略
図。
シレスDCモータ用の電流ドライバの出力段を示した概
略図。
シレス多相DCモータシステムを示したブロック図。
Claims (3)
- 【請求項1】 モータにおけるステータコイルを介して
の電流を駆動する回路において、 電圧増幅器が設けられており、 前記電圧増幅器の出力を補償する補償回路が設けられて
おり、 前記補償回路からの電流を選択的に放電させる選択可能
な電流経路が設けられている、ことを特徴とする回路。 - 【請求項2】 請求項1において、前記補償回路がコン
デンサを有することを特徴とする回路。 - 【請求項3】 請求項1において、前記補償回路がコン
デンサと抵抗とを有することを特徴とする回路。
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