JPH099663A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JPH099663A
JPH099663A JP7151942A JP15194295A JPH099663A JP H099663 A JPH099663 A JP H099663A JP 7151942 A JP7151942 A JP 7151942A JP 15194295 A JP15194295 A JP 15194295A JP H099663 A JPH099663 A JP H099663A
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Toshiyuki Tsunoda
寿之 角田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外付けの時定数回路素子の値を変更すること
なく、高安定かつ高精度な制御動作を確保しながら、モ
ータの回転速度の大幅な変更を可能にする。 【構成】 モータの回転検出周波数と基準周波数間の周
波数誤差に基づいて容量素子の充放電を行なうことによ
り上記周波数誤差を直流電圧に変換し、この直流電圧を
増幅・伝達してモータ駆動回路にフィードバックさせる
とともに、上記充放電電流の大きさと上記直流電圧の伝
達利得の少なくとも一方を外部からの信号に応じて可変
設定させる。 【効果】 制御系の動作特性を半導体集積回路化が容易
な能動回路内の電気的動作状態の設定操作だけでもって
大きく変更させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ制御装置、さら
にはモータの回転速度を設定速度に高安定かつ高精度に
フィードバック制御するモータ制御装置に適用して有効
な技術に関するものであって、たとえばフロッピィディ
スクドライブやハードディスクドライブなどに利用して
有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】フロッピィディスクドライブやハードデ
ィスクドライブなどにおいては、記憶媒体であるディス
クを回転駆動するモータの回転速度を高安定かつ高精度
に制御することが大きな課題となっている。
【0003】従来のこの種のモータ制御装置では、周波
数発電機により周波数の形で検出されるモータの回転速
度信号を基準周波数信号と比較して両信号間の周波数誤
差を論理検出し、この検出に基づいて容量素子の充放電
を行なうことにより上記周波数誤差を直流電圧に変換
し、この直流電圧をモータ駆動回路に駆動量制御信号と
してフィードバックさせることにより、上記モータの回
転速度を上記基準周波数信号によって設定される速度に
制御することが行なわれていた(たとえば、特公開昭6
1−154492号公報、特公開昭63−294290
号公報などを参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た技術には、次のような問題のあることが本発明者らに
よってあきらかとされた。
【0005】すなわち、上述したモータ制御装置では、
モータの回転速度を設定する基準周波数信号の周波数を
大きく変化させた場合に、モータ等の機構系での動作は
追従し得ても、制御系での動作が不安定になることによ
って安定な制御が行なえなくなるという問題が生じる。
つまり、モータ制御を安定に行なうことができる速度域
は制御系での動作特性とくにフィードバック経路での伝
達特性によって制約される。その伝達特性の最適化領域
から大きく離れた速度域では、モータを含む機構系での
応答性は確保されていても、制御系での動作の安定性は
確保されなくなる。
【0006】他方、最近の大容量型のフロッピィディス
クドライブと従来型のフロッピィディスクドライブとで
は、記憶媒体であるディスクの回転速度が大きく異なっ
ている。この大容量型と従来型のどちらにも使用可能な
フロッピィディスクドライブを構成しようとすると、大
容量型と従来型のどちらのディスク回転速度にも高安定
かつ高精度に対応することができるモータ制御装置が必
要となってくる。しかし、上述したように、モータの回
転速度を大幅に変更させることは、制御系での動作の安
定性を確保する上で実現が困難であった。
【0007】本発明者等が知得したところによると、制
御系での動作特性とくにフィードバック経路での伝達特
性を大幅に変更するためには、容量素子などの時定数回
路素子の値を大幅に変更しなければならないことが判明
している。しかし、これらの時定数回路素子は半導体集
積回路化が困難であって、現実には、半導体集積回路の
外付部品の形式でしか使用することができない。したが
って、制御系での動作の安定性を確保しながら、モータ
の回転速度を大幅に変更させるためには、外付部品の交
換しかなく、非常に面倒であった。
【0008】本発明の目的は、半導体集積回路化が困難
な時定数回路素子の値を変更することなく、電気的信号
による設定操作だけでもって、高安定かつ高精度な制御
動作を確保しつつ、モータの回転速度の大幅な変更を可
能にする、という技術を提供することにある。
【0009】本発明の前記ならびにそのほかの目的と特
徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかにな
るであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】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簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0011】すなわち、周波数発電機により周波数の形
で検出されるモータの回転速度信号を基準周波数信号と
比較して両信号間の周波数誤差を論理検出し、この検出
に基づいて容量素子の充放電を行なうことにより上記周
波数誤差を直流電圧に変換し、この直流電圧をモータ駆
動回路に駆動量制御信号としてフィードバックさせるこ
とにより、上記モータの回転速度を上記基準周波数信号
によって設定される速度に制御させるとともに、上記容
量素子に対する充放電電流の大きさと上記フィードバッ
クでの伝達利得の少なくとも一方を、外部からの信号に
応じて可変設定させる、というものである。
【0012】
【作用】上述した手段によれば、制御系の動作特性とく
にフィードバック経路での伝達特性を、半導体集積回路
化が容易な能動回路内の電気的動作状態の設定操作(オ
ペレーション)でもって、大きく変更させることができ
る。
【0013】これにより、半導体集積回路化が困難な時
定数回路素子の値を変更することなく、電気的信号によ
る設定操作だけでもって、高安定かつ高精度な制御動作
を確保しつつ、モータの回転速度の大幅な変更を可能に
する、という目的が達成される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面を参照し
ながら説明する。なお、図において、同一符号は同一あ
るいは相当部分を示すものとする。
【0015】図1は本発明の技術が適用されたモータ制
御装置の一実施例を示す。
【0016】同図に示す実施例はフロッピィディスクド
ライブに適用されたものであって、1はモータ制御装置
の主要回路が同一半導体基板内に集積形成された半導体
集積回路、5はモータ、6はモータ5によって回転駆動
される記憶媒体としてのディスク、53はモータ5の回
転速度を周波数の形で検出する周波数発電機(FG)で
ある。
【0017】半導体集積回路1内には、モータ駆動回路
10、誤差検出回路18、チャージポンプ回路19、可
変利得アンプ20、制御アンプ21などが集積形成され
ている。また、その半導体集積回路1には、外付部品と
して、容量素子C1などを含む時定数回路54,位相補
償回路55が外部端子を介して接続されている。
【0018】モータ駆動回路10はモータ10の通電駆
動を行なう。誤差検出回路18は論理回路を用いて構成
され、周波数発電機53が周波数の形で検出したモータ
5の回転速度信号fxと外部から与えられる基準周波数
信号fsを位相比較して、両信号fx,fs間の周波数
誤差Δf(=fx−fs)を論理検出する。この誤差検
出回路18はディスクリ回路とも呼ばれ、後述するチャ
ージポンプ回路19の充電と放電の時間比を制御する。
【0019】チャージポンプ回路19は、誤差検出回路
18での検出に基づいて容量素子C1の充放電を行なう
ことにより、上記周波数誤差Δfを直流電圧ΔVに変換
する。可変利得アンプ20と制御アンプ21は、上記直
流電圧ΔVを上記モータ駆動回路10に駆動量制御信号
A・ΔVとしてフィードバックさせる。
【0020】ここで、上記チャージポンプ回路19での
充放電電流Ipc/Ipdと上記可変利得アンプ20で
の伝達利得は、外部から任意に設定されて与えられる速
度選択信号Sxによって、それぞれに可変設定されるよ
うになっている。速度選択信号Sxは、半導体集積回路
1内にて2つの制御信号S2,S3にデコード(復号)
され、一方の制御信号S2はチャージポンプ回路19に
与えられて充放電電流Ipc,Ipdの大きさを可変設
定し、他方の制御信号S3は可変利得アンプ20に与え
られて伝達利得を可変設定する。
【0021】次に、動作について説明する。
【0022】図1に示したモータ制御装置では、周波数
誤差Δfを直流電圧ΔVに変換させるための充放電電流
Ipc,Ipdの大きさと、可変利得アンプ20による
伝達利得の少なくとも一方を、外部からの信Sx号に応
じて可変設定させることにより、制御系の伝達特性を、
半導体集積回路1に集積形成された能動回路内の電気的
動作状態の設定操作(オペレーション)でもって、大き
く変更させることができる。
【0023】すなわち、チャージポンプ回路19での充
放電電流Ipc,Ipdを大きくすると、周波数誤差Δ
fに対する容量素子C1の端子電圧すなわち直流電圧Δ
Vの応答が速くなって、容量素子C1の容量値を小さく
したのと同等の効果が得られるようになる。反対に、上
記充放電電流Ipc,Ipdを小さくすると、周波数誤
差Δfに対する容量素子C1の端子電圧すなわち直流電
圧ΔVの応答が遅くなって、容量素子C1の容量値を大
きくしたのと同等の効果が得られるようになる。
【0024】同様に、可変利得アンプ20での伝達利得
を変化させると、上記モータ駆動回路10に伝達される
駆動量制御信号A・ΔVの応答特性が変化する。つま
り、モータ駆動(ある回転数)に対する制御量を変える
ことであり、等価的には時定数回路54の利得を等価的
に変えることにも相当する。
【0025】以上のようにして、半導体集積回路化が困
難な容量素子C1の値を変更することなく、電気的信号
Sxによる設定操作だけでもって、制御系での伝達特性
を大きく変化させることができる。これにより、高安定
かつ高精度な制御動作を確保しつつ、モータ5の回転速
度を大幅に変更させることができる。
【0026】図2は本発明によるモータ制御装置のさら
に詳細な実施例を示す。
【0027】同図において、モータ駆動系は、ホールア
ンプ(u,v,w)11、マトリックス回路12、通電
駆動回路13、AGC回路14、保護回路131などに
より構成されている。
【0028】ホールアンプ11は、モータの回転位相を
検出するホール素子(Hu,Hv,Hw)51の出力を
相(u,v,w)別に予備増幅する。マトリックス回路
12は、ホールアンプ11の出力に基づいて3相駆動信
号を生成する。通電駆動回路13は、マトリックス回路
12の出力信号を相(u,v,w)別にパワー増幅して
モータの界磁コイル52に通電する。AGC回路14
は、上記ホールアンプ11の出力レベルを一定に揃える
ための自動利得制御を行なう。保護回路131は、詳細
な図示は省略するが、出力短絡等による過負荷状態が生
じたときに、マトリックス回路12を介して通電駆動回
路13の出力動作を強制停止させることにより、その通
電駆動回路13等の破壊を防止する。Vccは電源電
位、GNDは接地基準電位、C101は電源バイパス用
の容量素子、R101は電流制限用の抵抗素子、C10
2はAGC回路14の時定数用容量素子である。ここ
で、11〜15は半導体集積回路1内に集積形成されて
いる。
【0029】モータ制御系は、FGアンプ15、波形整
形回路16、分周回路17、誤差検出回路18、チャー
ジポンプ回路19、可変利得アンプ20、制御アンプ2
1、デコーダ31などにより構成されている。
【0030】FGアンプ15は、周波数発電機53によ
って検出されるモータ回転速度信号fxを予備増幅す
る。波形整形回路16は、予備増幅されたモータ回転速
度信号fxをH(高レベル)とL(低レベル)の2値論
理パルス信号に変換する。分周回路17は、外部から与
えられるクロック信号CKを分周して基準周波数信号f
sを生成する。誤差検出回路(ディスクリ回路)18
は、回転速度信号fxと基準周波数信号fs間の周波数
誤差Δf(=fx−fs)を論理検出する。チャージポ
ンプ回路19は、上記周波数誤差Δfを直流電圧ΔVに
変換する。可変利得アンプ20は、周波数誤差Δfから
変換された直流電圧ΔVを増幅・伝達する。制御アンプ
21は、可変利得アンプ20の出力を増幅し、この増幅
出力を駆動量制御信号A・ΔVとして上記通電駆動回路
13にフィードバックさせる。Vref2はアンプ20
の基準電圧として使用される。
【0031】ここで、チャージポンプ回路19には、容
量素子C1,C2と抵抗素子R2からなる外付けの時定
数回路54が接続されている。このチャージポンプ回路
19は、外付時定数回路54内の容量素子C1,C2に
対し、誤差検出回路18での検出に基づいた時間比で充
放電を行なうことにより、上記周波数誤差Δfを直流電
圧ΔVに変換する。制御アンプ21には、容量素子C1
03からなる外付けの位相補償回路55が負帰還接続さ
れている。デコーダ31は、外部から与えられる速度選
択信号Sxに基づいて第1〜第3の3つの制御信号S1
〜S3を生成する。第1の制御信号S1は分周回路17
の分周比を可変設定する。第2の制御信号S2はチャー
ジポンプ回路19での充放電電流Ipc,Ipdの大き
さを可変設定する。第3の制御信号S3は可変利得アン
プ21の利得を可変設定する。これらの制御信号S1〜
S3により、分周回路17での分周比と、チャージポン
プ回路19での充放電電流Ipc,Ipdの大きさと、
可変利得アンプ20での伝達利得は、互いに連動して可
変設定されるようになっている。
【0032】これにより、分周回路17での分周比によ
って設定されるモータの回転速度に連動して、チャージ
ポンプ回路19およびアンプ20,21などによるフィ
ードバック伝達特性を自動的に最適化設定することがで
きる。したがって、モータの回転速度を大幅に変化させ
ても、常に高安定かつ高精度の速度制御を行なわせるこ
とができる。
【0033】図3は、上述したチャージポンプ回路19
と可変利得アンプ20の具体的な回路実施例を示す。
【0034】同図において、チャージポンプ回路19
は、npnバイポーラ・トランジスタQ1,Q3,Q6
〜Q9、pnpバイポーラ・トランジスタQ4,Q5、
抵抗R1〜R4などにより構成される電流可変型の定電
流充放電回路であり、外付容量素子C1,C2への充電
電流Ipcと放電電流Ipdの大きさは、トランジスタ
Q1のオン/オフによって大小2段階に可変設定される
ようになっている。すなわち、トランジスタQ1を制御
信号S2によってオンさせると、一定のベースバイアス
電圧Vbが与えられているトランジスタQ3のエミッタ
抵抗R1に今一つの抵抗R2が並列に介在させられる。
これにより、そのトランジスタQ3に流れるコレクタ電
流が増大し、このQ3でのコレクタ電流の増大がQ4〜
Q9間をカレントミラー伝達されることにより、充放電
電流Ipc,Ipdを増大させる。
【0035】可変利得アンプ20は、npnバイポーラ
・トランジスタQ2,Q14〜Q16、pnpバイポー
ラ・トランジスタQ10〜Q13、抵抗R5〜R10な
どにより構成される差動アンプであり、その伝達利得
は、トランジスタQ2のオン/オフによって大小2段階
に可変設定されるようになっている。すなわち、トラン
ジスタQ2を制御信号S3によってオンさせると、ダイ
オード接続されたトランジスタQ16に直列接続されて
いる抵抗R9に今一つの抵抗R10が並列に介在させら
れる。これにより、Q16とR9の接続点から取り出さ
れるアンプ出力の利得が減少させられる。
【0036】ここで、たとえば、モータの回転速度を下
げる場合は、上記分周回路7での分周比を大きくするな
どして基準周波数信号fsの周波数を下げるとともに、
トランジスタQ2をオンさせてアンプ20での利得を小
さくすればよい。
【0037】また、モータの回転速度をある速度から下
げる場合、速度を下げる前の状態のときにトランジスタ
Q1をオンさせるようにしておく。この状態にて、基準
周波数信号fsの周波数を下げるとともに、トランジス
タQ1をオンからオフの状態に切り換えると、基準周波
数信号fsによってモータの回転速度を下げたときに、
これに連動する形で、チャージポンプ回路19での充放
電電流Ipc/Ipdを小さくすることができる。これ
により、モータ回転速度を下げる前と後のいずれの場合
にも、チャージポンプ回路19での動作特性を最適化さ
せることができる。
【0038】以上のようにして、制御系の動作特性とく
にフィードバック経路での伝達特性を、半導体集積回路
化が容易な能動回路内の電気的動作状態の設定操作(オ
ペレーション)でもって、大きく変更させることができ
る。
【0039】これにより、半導体集積回路化が困難な外
付けの時定数回路素子の値を変更することなく、電気的
信号による設定操作だけでもって、高安定かつ高精度な
制御動作を確保しつつ、モータの回転速度を大幅に変更
させることができる。
【0040】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例にもと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。
【0041】たとえば、アンプの利得制御は、相互コン
ダクタンスgmを変化させるような構成にしてもよい。
【0042】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フロ
ッピィディスクドライブ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はなく、たとえばハード
ディスクドライブや光ディスクドライブあるいはプリン
タやスキャナーでのモータ制御等にも適用できる。
【0043】
【発明の効果】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簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。
【0044】すなわち、半導体集積回路化が困難な時定
数回路素子の値を変更することなく、電気的信号による
設定操作だけでもって、高安定かつ高精度な制御動作を
確保しつつ、モータの回転速度を大幅に変更させること
ができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の技術が適用されたモータ制御装置の一
実施例を示すブロック図
【図2】本発明によるモータ制御装置の詳細な構成の実
施例を示すブロック図
【図3】チャージポンプ回路および可変利得アンプの具
体的な回路実施例を示す図
【符号の説明】
1 半導体集積回路 5 モータ 6 記憶媒体としてのディスク 10 モータ駆動回路 11 ホールアンプ 12 マトリックス回路 13 通電駆動回路 14 AGC回路 131 保護回路 15 FGアンプ 16 波形整形回路 17 分周回路 18 誤差検出回路(ディスクリ回路) 19 チャージポンプ回路 20 可変利得アンプ(バッファアンプ) 21 制御アンプ 31 デコーダ 53 周波数発電機 54,55 外付けの時定数回路 55 位相補償回路 C1,C2 外付けの容量素子 C103 外付けの容量素子(積分時定数) Rnf 外付けの抵抗素子(負帰還抵抗) fx モータの回転速度信号 fs 基準周波数信号 Δf 周波数誤差(=fx−fs) ΔV 直流電圧 Ipc 充電電流 Ipd 放電電流 Sx 速度選択信号

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータの通電駆動を行なうモータ駆動回
    路と、周波数の形で検出される上記モータの回転速度信
    号を基準周波数信号と比較して両信号間の周波数誤差を
    論理検出する誤差検出回路と、この誤差検出回路での検
    出に基づいて容量素子の充放電を行なうことにより上記
    周波数誤差を直流電圧に変換するチャージポンプ回路
    と、このチャージポンプ回路にて変換された直流電圧を
    上記モータ駆動回路に駆動量制御信号としてフィードバ
    ックさせる制御回路とを有するとともに、上記チャージ
    ポンプ回路での充放電電流の大きさと上記制御回路での
    伝達利得の少なくとも一方を外部からの信号に応じて可
    変設定させるようにしたことを特徴とするモータ制御装
    置。
  2. 【請求項2】 上記チャージポンプ回路は、容量素子へ
    の充放電電流の大きさが外部からの信号に応じて変化さ
    せられる電流可変型の充放電回路を有することを特徴と
    する請求項1に記載のモータ制御装置。
  3. 【請求項3】 上記制御回路は、その伝達利得が外部か
    らの信号に応じて変化させられる可変利得アンプを含む
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御
    装置。
  4. 【請求項4】 基準クロック信号を周波数分周して基準
    周波数信号を生成する分周回路を有するとともに、この
    分周回路での分周比を、上記チャージポンプ回路におけ
    る充放電電流の大きさと上記制御回路における伝達利得
    の少なくとも一方と連動して可変設定させるようにした
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモ
    ータ制御装置。
  5. 【請求項5】 上記制御回路は積分回路を含んでいるこ
    とを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のモー
    タ制御装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001282046A (ja) * 2000-04-03 2001-10-12 Canon Inc 画像形成装置及びそのモータ駆動制御回路
JP2013118745A (ja) * 2011-12-02 2013-06-13 Minebea Motor Manufacturing Corp モータ駆動制御装置及び集積回路装置

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