JPH10341588A - Current zerocross detection of inductive load, and optimization of voltage mode pwm drive - Google Patents

Current zerocross detection of inductive load, and optimization of voltage mode pwm drive

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JPH10341588A
JPH10341588A JP10116611A JP11661198A JPH10341588A JP H10341588 A JPH10341588 A JP H10341588A JP 10116611 A JP10116611 A JP 10116611A JP 11661198 A JP11661198 A JP 11661198A JP H10341588 A JPH10341588 A JP H10341588A
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JP
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current
signal
voltage
inductive load
driving
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Application number
JP10116611A
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Japanese (ja)
Inventor
Massimo Pozzoni
マッシモ ポッツォニ
Giorgio Pedrazzini
ジオルジオ ペデラッツィニ
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STMicroelectronics SRL
Original Assignee
STMicroelectronics SRL
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the zerocross of the current of an inductive load without monitoring the current of an exclusive detective resistor in series with inductive load. SOLUTION: To detect the zero-cross of the current of the inductive load Ls driven in voltage mode through the half bridge consisting of a switch on high order side and a switch on low order side driven in opposite phases to each other by PWM signals, the voltage value at the output node A of the half bridge is compared with a fixed reference voltage value Vref, and the direction of the current in the inductive load Ls is judged from the comparison result. The comparison results are sampled cyclically during the period when both the switches mentioned above are off. Then, the zero cross can be detected by the inversion of the comparative value between the two continuous samplings.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電流をモニターす
ることなくPWM電子切替式誘導負荷の電流ゼロ交差を
検出する手法に関し、特に、センサーレス式ブラシレス
モータの駆動を最適化するための電圧モード方式とその
回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for detecting a current zero crossing of a PWM electronically switched inductive load without monitoring a current, and more particularly, to a voltage mode for optimizing the driving of a sensorless brushless motor. The method and its circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子切替式モータ(ステッパ)または一
般のセンサーレス式ブラシレスモータを駆動する場合、
モータの位相巻線に入力される駆動電流パルスとロータ
の巻線内で発生する逆起電力(BEMF)とを完全に同
期させることが重要である。これは、各位相巻線の誘導
BEMF信号を比較器にて検出し、駆動電流が流れる巻
線に対して信号をマスクし、駆動電流が流れない時点に
おいて巻線に発生するBEMFのゼロ交差を検出するこ
とで普通は達成できる。そのような装置が、イタリア特
許出願1,253,685号やヨーロッパ特許出願95
830218.4号に記載されている。
2. Description of the Related Art When driving an electronic switching motor (stepper) or a general sensorless brushless motor,
It is important that the drive current pulse input to the phase winding of the motor and the back electromotive force (BEMF) generated in the winding of the rotor be completely synchronized. This means that the induced BEMF signal of each phase winding is detected by a comparator, the signal is masked for the winding where the driving current flows, and the zero crossing of the BEMF generated in the winding when the driving current does not flow is detected. This can usually be achieved by detection. Such devices are described in Italian patent application 1,253,685 and European patent application 95
No. 8302188.4.

【0003】所定の正弦波特性をもつ駆動装置において
は、モータ巻線の少なくとも1つに駆動電流が供給され
ない切替相がないと、駆動の同期と同時にゼロ交差が検
出されるという問題が発生する。けれども、この問題点
は、ヨーロッパ特許出願96830440.2号に記述
されているような、BEMF信号の再生方法により克服
できる。
In a driving device having a predetermined sine wave characteristic, if there is no switching phase in which a driving current is not supplied to at least one of the motor windings, a problem arises that a zero crossing is detected simultaneously with driving synchronization. I do. However, this problem can be overcome by a method for reproducing BEMF signals as described in European Patent Application 968 30440.2.

【0004】このような従来装置は、巻線に機能的に直
列接続された電流検知抵抗器を使った相互インダクタン
スループ回路による線形方式で各巻線の電流を制御する
ことによる電流モードで制御されている。一方、これよ
りも簡単な回路で作動する電圧モードの駆動装置の存在
も知られている。この解決策は、PWM信号に変換され
る一般的には正弦波である基準信号のサンプル値を示す
記録デジタルデータの周期的走査速度がロータの回転速
度に同期するような、専用レジスタにデジタル記憶され
ている所定の駆動特性を利用する装置において好適であ
る。
Such a conventional device is controlled in a current mode by controlling the current in each winding in a linear manner by a mutual inductance loop circuit using current sensing resistors functionally connected in series to the windings. I have. On the other hand, there is known a voltage-mode driving device which operates with a simpler circuit. This solution involves digitally storing in a dedicated register such that the periodic scan rate of the recorded digital data, which is typically a sinusoidal reference signal sample value converted to a PWM signal, is synchronized with the rotor speed. This is suitable for an apparatus that uses a predetermined driving characteristic.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】電圧モード制御装置に
おいては、誘導巻線での駆動負荷の反応特性による電流
と電圧との間における位相角を考慮する必要がある。通
常のBEMF信号の再生装置では、ロータ速度の全域に
おいて位相角を動的に補正することは不可能である。結
果的に行われるような所定の補正では、速度域全体にお
ける最適な同期を保証できないため、装置の非効率性や
トルク低減が発生する。
In a voltage mode control device, it is necessary to consider a phase angle between a current and a voltage due to a response characteristic of a driving load in an induction winding. In a normal BEMF signal reproducing apparatus, it is impossible to dynamically correct the phase angle over the entire range of the rotor speed. In the predetermined correction that is performed as a result, optimal synchronization over the entire speed range cannot be guaranteed, and thus inefficiency and torque reduction of the device occur.

【0006】そこで、上記の適用例や一般的な切替誘導
負荷の駆動装置において、誘導負荷に直列な専用検知抵
抗の電流をモニターすることなく、誘導負荷の電流のゼ
ロ交差を検出する必要性があるのは明白である。
Therefore, in the above-described application example and a general switching induction load driving device, it is necessary to detect the zero crossing of the current of the inductive load without monitoring the current of the dedicated detection resistor in series with the inductive load. It is obvious.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、スリップ方向、つまり、パルス幅
変調(PWM)装置の電圧モードで制御される誘導負荷
の電流方向の変化を検出する方法および回路に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems and provides a method for detecting a change in a slip direction, that is, a change in a current direction of an inductive load controlled in a voltage mode of a pulse width modulation (PWM) device. The present invention relates to a detection method and a circuit.

【0008】本発明の方法は、誘導負荷の駆動ノードで
の電圧の変動の検出、つまり、ハーフブリッジ電源ステ
ージの出力ノードにおける電圧値を、電源ステージの両
電源スイッチがオフ状態の期間中に出力を周期的にサン
プルできる比較器を使って、任意に設定可能で且つ出力
ノードの通常の電圧変動範囲内にある一定の基準電圧値
と比較する行程からなる。そのサンプル出力は、読取時
(サンプル時)までマスクされる。この期間は、駆動P
WM信号の期間と周期的に同じであって、低位側素子の
スイッチオフ時と高位側素子のスイッチオン時との間の
遅延時間中において各PWM駆動サイクルで検出でき
る。
The method of the present invention detects a voltage change at a drive node of an inductive load, that is, outputs a voltage value at an output node of a half-bridge power stage during a period in which both power switches of the power stage are off. Is compared with a fixed reference voltage value that can be set arbitrarily and is within a normal voltage fluctuation range of the output node using a comparator that can periodically sample the output node. The sample output is masked until read (sample). During this period, drive P
It is periodically the same as the period of the WM signal and can be detected in each PWM drive cycle during the delay time between when the lower element is switched off and when the higher element is switched on.

【0009】負荷の誘導特性のおかげで、各切替動作に
おいて、負荷の電流は直前に終わった駆動位相と同じ方
向に流れ続け、好適には、両電源ハーフブリッジトラン
ジスタがDMOS集積素子であり、一般的には集積トラ
ンジスタ構造に内包されるような、専用の再循環ダイオ
ードを再循環することになる。電源ステージの2個の電
源トランジスタがオフ状態のき、電流のスリップ方向に
より、巻線の駆動ノードの電圧は、それぞれの電源トラ
ンジスタに並列接続された再循環ダイオードがしきい値
に達するまで電源電圧または接地電圧へシフトされる。
Due to the inductive nature of the load, in each switching operation, the current of the load continues to flow in the same direction as the drive phase that has just ended, preferably the dual power supply half-bridge transistor is a DMOS integrated device, Specifically, a dedicated recirculating diode, such as that included in an integrated transistor structure, is recirculated. When the two power transistors of the power stage are off, the current slip direction causes the voltage at the drive node of the winding to rise until the recirculating diode connected in parallel to each power transistor reaches a threshold voltage. Or it is shifted to the ground voltage.

【0010】このような方法により、電流方向について
の周期的情報が得られ、2つの連続するサンプル時にお
ける互いに逆方向の電流検出から、誘導負荷の電流のゼ
ロ交差が発生したことが判明する。
With such a method, periodic information on the current direction is obtained, and it is found from the detection of currents in opposite directions at two consecutive samples that a zero crossing of the current of the inductive load has occurred.

【0011】当然ながら、例えば、通電位相中に、電流
方向を検出するのに十分な時間だけ電源素子の一方を周
期的にオフ状態にすることにより、PWM駆動信号の周
波数より低い別のサンプル周波数でも同じ結果を得るこ
とが可能である。実際には、電源ステージの出力ノード
の通常のキャパシタンスと比較器の遅延を考慮すれば、
負荷内の電流方向の検出間隔は、キャパシタンス充電に
500nsから1.5μs程度必要なため、1μsから
2μsくらいが好ましい。
Naturally, for example, during the energization phase, by periodically turning off one of the power supply elements for a time sufficient to detect the current direction, another sample frequency lower than the frequency of the PWM drive signal can be obtained. But it is possible to achieve the same result. In practice, given the normal capacitance of the output node of the power stage and the delay of the comparator,
The detection interval in the current direction in the load is preferably about 1 μs to 2 μs because about 500 ns to 1.5 μs is required for capacitance charging.

【0012】このようにして得られたゼロ交差の情報
は、PWMシステムで制御するモータに使う同期信号を
動的補正するために容易に利用でき、モータの負荷状態
や回転速度に変動が起こると同時に正確な同期を維持す
ることを可能とする。
The information of the zero crossings obtained in this manner can be easily used to dynamically correct the synchronization signal used for the motor controlled by the PWM system, and when the load state or the rotation speed of the motor fluctuates. At the same time, accurate synchronization can be maintained.

【0013】このように本発明によれば、パルス幅変調
信号により互いに逆位相で駆動される高位側スイッチお
よび低位側スイッチを備えたハーフブリッジステージを
使用して電圧モードで駆動される誘導負荷の電流ゼロ交
差検出方法において、前記ハーフブリッジステージの出
力ノードの電圧を一定の基準電圧と比較する行程と、前
記両スイッチがオフ状態にある間の前記電圧比較結果を
周期的にサンプルすることにより前記誘導負荷における
電流の方向を判断する行程と、2つの連続したるサンプ
ル値間の反転からゼロ交差を検出する行程と、を実施す
ることを特徴とする。その電流方向の判断は、ハーフブ
リッジステージをなす2つのスイッチの一方がオフして
から他方がオンするまでの遅延時間中に実行する、ある
いは、ハーフブリッジステージをなす2つのスイッチの
一方の通電位相を短時間中断することにより実行するこ
とができる。
Thus, according to the present invention, an inductive load driven in voltage mode using a half-bridge stage having a high-side switch and a low-side switch driven in opposite phases by a pulse width modulation signal is provided. In the current zero-crossing detection method, the step of comparing the voltage of the output node of the half-bridge stage with a constant reference voltage, and periodically sampling the result of the voltage comparison while both of the switches are in the off state. A step of determining a direction of a current in the inductive load and a step of detecting a zero crossing from inversion between two consecutive sample values are performed. The determination of the current direction is performed during a delay time from when one of the two switches forming the half-bridge stage is turned off to when the other is turned on, or when one of the two switches forming the half-bridge stage is energized. Can be executed by suspending for a short time.

【0014】そして本発明によれば、ハーフブリッジス
テージを通じた誘導負荷のパルス幅変調電圧モード駆動
の同期方法において、上記の電流ゼロ交差検出方法によ
り、前記誘導負荷を流れる電流のモニターなしで該誘導
負荷の電流ゼロ交差を検出するようにすることを特徴と
する。さらに、巻線電流のゼロ交差に同期したパルス幅
変調でセンサーレス式ブラシレスモータの位相巻線を電
圧モード駆動する駆動方法において、前記巻線電流のゼ
ロ交差を、上記の電流ゼロ公差検出方法で検出するよう
にすることを特徴とする。この場合の位相巻線のパルス
幅変調駆動は、予めメモリにデジタル記憶した正弦電圧
波形で実行されるものとすることができる。
According to the present invention, there is provided a method for synchronizing a pulse width modulation voltage mode driving of an inductive load through a half-bridge stage. The current zero crossing of the load is detected. Further, in a driving method for driving a phase winding of a sensorless brushless motor in a voltage mode by pulse width modulation synchronized with a zero crossing of a winding current, the zero crossing of the winding current is detected by the current zero tolerance detection method described above. It is characterized in that it is detected. In this case, the pulse width modulation drive of the phase winding can be performed with a sine voltage waveform digitally stored in a memory in advance.

【0015】また、本発明によれば、モータ巻線で発生
する互いに位相のずれたBEMF信号を検出または再生
し、そのBEMF信号の周波数に同期した1以上の所定
の周期的駆動信号を発生する手段(SIN発生部)のた
めに、少なくとも1つの同期信号を生成する手段(BE
MF検出部)と、プログラムされた速度(Target spee
d)に対する実際の速度の誤差信号に従って前記周期的
駆動信号(SIN)の振幅を変調する手段(Ampl.
変調部)と、該振幅変調後の周期的駆動信号を、モータ
巻線を駆動する電源ステージ(パワーアクチュエータ
部)を動作させる同数のPWM信号に変換する手段(P
WM変調部)と、を備えたセンサーレス式ブラシレスモ
ータ(B.L.モータ)の駆動装置において、少なくと
も1個の巻線における電流のゼロ交差を検出し、前記同
期信号(Synchro)を変調するために電流と電圧
との間の位相角を示す信号を発生する手段(電流Z.
C.判断部)を備えることを特徴とする。その同期信号
(Synchro)を変調するために電流と電圧との間
の位相角を示す信号を発生する手段は、巻線の1つを駆
動するハーフブリッジの出力ノードに接続された第1の
入力端子(+)および一定の基準電圧(Vref)に接
続された第2の入力端子(−)をもつ少なくとも1つの
比較器(Cmp)と、前記ハーフブリッジを構成する2
つの電源スイッチの一方が通電状態からオフした後に他
方のオフ状態が維持されている間で前記比較器(Cm
p)の出力をサンプルし、2つの連続したサンプル値が
反転するごとにゼロ交差信号を提供するタイミング回路
と、からなるものとする。
Further, according to the present invention, a BEMF signal generated in a motor winding and out of phase with each other is detected or reproduced, and one or more predetermined periodic drive signals synchronized with the frequency of the BEMF signal are generated. Means (BE) for generating at least one synchronization signal for the means (SIN generator)
MF detector) and programmed speed (Target spee
means for modulating the amplitude of said periodic drive signal (SIN) according to the actual speed error signal for d) (Ampl.
And a means (P) for converting the periodic drive signal after the amplitude modulation into the same number of PWM signals for operating a power stage (power actuator unit) for driving the motor winding.
And a drive unit for a sensorless brushless motor (BL motor), comprising: a zero-crossing current in at least one winding, and modulating the synchronization signal (Synchro). Means for generating a signal indicating the phase angle between the current and the voltage (current Z.
C. (Determination unit). Means for generating a signal indicative of the phase angle between current and voltage to modulate the synchronization signal (Syncro) comprises a first input connected to an output node of a half-bridge driving one of the windings. At least one comparator (Cmp) having a terminal (+) and a second input terminal (-) connected to a constant reference voltage (Vref);
While one of the two power switches is turned off from the energized state and the other is kept off, the comparator (Cm
p) and a timing circuit that samples the output of p) and provides a zero-crossing signal each time two successive sampled values are inverted.

【0016】本発明の多様な特徴や長所は、以下の添付
図面を参照にした実施形態の説明からいっそう明確にな
るであろう。
Various features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1に示すのは、多相モータの巻
線の1つである誘導負荷を駆動する電源ステージであ
る。負荷となるのは、インダクタンスLsと抵抗値R
s、および、振幅がロータの角速度に比例かつ同期する
正弦波電圧を生成する逆起電力発生器Bemfである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows a power stage for driving an inductive load, which is one of windings of a polyphase motor. The load is the inductance Ls and the resistance R
s and a back EMF generator Bemf that generates a sinusoidal voltage whose amplitude is proportional and synchronous with the angular velocity of the rotor.

【0018】図1の回路例は、モータの各巻線の両端子
への接続(アクセス)を行うフルブリッジ回路を示すも
のである。当然ながら、下記の説明からも明らかなよう
に、ハーフブリッジ駆動回路でも同様に適用可能であ
る。
The circuit example of FIG. 1 shows a full bridge circuit for connecting (accessing) each terminal of each winding of a motor. Of course, as is apparent from the following description, the present invention can be similarly applied to a half-bridge drive circuit.

【0019】図1のPWM変調部では、たとえは正弦波
の駆動電圧が、パワーMOS素子LS1,LS2,HS
1,HS2で示されるスイッチを制御するPWM信号に
変換される。ここでは、モータの誘導巻線(Ls〜R
s)のローパスフィルタ機能のため、PWM駆動をAク
ラス正弦波駆動と見なすことができる。このような駆動
モードの効果により、ロータの位置に同期した、つま
り、巻線内で発生した正弦波BEMF電圧に同期した、
本例では正弦波の所定波形の電流がモータの各巻線に供
給される。
In the PWM modulator shown in FIG. 1, for example, a sine wave drive voltage is applied to the power MOS elements LS1, LS2, HS
1, which are converted into PWM signals for controlling the switches indicated by HS2. Here, the induction winding of the motor (Ls to R
Due to the low-pass filter function of s), the PWM drive can be considered as an A class sine wave drive. Due to the effect of such a drive mode, it is synchronized with the position of the rotor, that is, synchronized with the sinusoidal BEMF voltage generated in the winding,
In this example, a current having a predetermined sine wave is supplied to each winding of the motor.

【0020】電圧モード制御装置におけるPWM変調部
の入力端に入力される正弦波の駆動電圧は、検出され再
生されるBEMF正弦波電圧と同じ周波数と位相をも
つ。実際には、巻線を流れる正弦波電流は、周波数が同
じである一方、LR効果のせいで駆動正弦波電圧に対し
て所定の位相角度(遅延)をもつようになり、φ=(ω
e*Ls)/Rsで表せる。ただし、ωeは、極対数で乗
算したモータのラジアン/秒単位の角速度である。モー
タの回転速度を上げると、この位相角度も大きな値とな
り、効率が低下してしまうことになる。
The sine wave drive voltage input to the input terminal of the PWM modulator in the voltage mode control device has the same frequency and phase as the detected and reproduced BEMF sine wave voltage. In practice, the sinusoidal current flowing through the winding, while having the same frequency, has a predetermined phase angle (delay) with respect to the driving sinusoidal voltage due to the LR effect, and φ = (ω
e * Ls) / Rs. Where ωe is the angular velocity in radians / second of the motor multiplied by the number of pole pairs. When the rotation speed of the motor is increased, the phase angle also becomes a large value, and the efficiency is reduced.

【0021】モータの回転速度に対する位相角度増加の
補正は、位相角度の瞬時情報が入手できる場合に実行可
能である。この補正実行においては、電流モード制御装
置で行われているような、巻線に直列接続された検知抵
抗器の導入が一般的であるが、電流検知回路の分のコス
トが必要なってしまう。そこで本発明の基本的特徴に従
えば、電流検知抵抗器を備えない電圧モードセンサーレ
ス式駆動回路の場合でも、回転速度に対する位相角度変
動を動的に補正してモータ速度の全域に渡って完全な同
期を達成するため、誘導負荷における電流のゼロ交差を
検出することを可能とする。
The correction of the increase in the phase angle with respect to the rotation speed of the motor can be executed when instantaneous information on the phase angle is available. In performing this correction, it is common to introduce a detection resistor connected in series to the winding as in a current mode control device, but the cost for the current detection circuit is required. Therefore, according to the basic feature of the present invention, even in the case of a voltage mode sensorless drive circuit without a current detection resistor, the phase angle variation with respect to the rotation speed is dynamically corrected to completely cover the entire motor speed. In order to achieve good synchronization, it is possible to detect the zero crossings of the current in the inductive load.

【0022】本発明の方法は、誘導負荷における電流方
向を所定サンプル周波数で周期的に検出して、2つの連
続した検出値間で電流方向の変化を検出した場合に、そ
の電流のゼロ交差の情報を作成する手法としている。こ
の検出は、通電相の1つの期間中に低位側または高位側
の電源素子を非常に短い時間だけオフにすることによ
り、あるいは、駆動ハーフブリッジの電源素子の1つの
オフ時と同ハーフブリッジの別の電源素子のオン時との
間に発生する短い遅延時間中の検知結果をサンプルする
ことにより、周期的、選択的に行える。
The method of the present invention detects the current direction in an inductive load periodically at a predetermined sample frequency, and when a change in the current direction is detected between two consecutive detection values, the zero crossing of the current is detected. It is a method of creating information. This detection can be performed by turning off the lower or higher power supply element for a very short time during one period of the energized phase, or by turning off one of the power supply elements of the driving half bridge and By sampling the detection result during a short delay time occurring between the time when another power supply element is turned on, the detection can be performed periodically and selectively.

【0023】実際には、本発明の検出装置では、駆動ハ
ーフブリッジの出力ノードにおける電圧を、出力ノード
の通常の電圧変動内に収まる予め決められた一定の基準
電圧値と比較して、その出力ハーフブリッジステージの
2つの電源素子の両方共がオフ状態にある期間中の結果
をサンプルする。
In practice, the detection device of the present invention compares the voltage at the output node of the driving half-bridge with a predetermined constant reference voltage value that falls within the normal voltage fluctuations of the output node, and outputs the voltage. The result is sampled during a period when both of the two power elements of the half-bridge stage are off.

【0024】巻線による負荷の誘導特性は、電源素子の
オフ前に高位側電源素子HS1,HS2および低位側電
源素子LS1,LS2の再循環ダイオードに流れていた
のと同じ方向に、誘導負荷に接続されているハーフブリ
ッジの出力ノードに向けて、または出力ノードから、電
流を強制送出し続けることができる。そして、出力ノー
ドのキャパシタンスを変動できるだけの電源ステージの
オフ時からの遅延の後、電源電圧または接地電圧に対す
る出力ノードにおける電位がシフトし、その電位シフト
が比較器Cmpで検知され、電流の流れる方向を示す信
号が生成される。これを利用した2つの連続するサンプ
ル期間における2つの反対電流方向の検出から、巻線電
流のゼロ交差の発生が判明する。
The inductive characteristics of the load due to the windings are as follows. Current can continue to be forced out towards or from the output node of the connected half-bridge. Then, after a delay from the time of turning off the power supply stage that can change the capacitance of the output node, the potential at the output node with respect to the power supply voltage or the ground voltage shifts, and the potential shift is detected by the comparator Cmp, and the direction of the current flow Is generated. The detection of the two opposite current directions in two consecutive sample periods utilizing this makes it clear that the winding current has a zero crossing.

【0025】本発明の電流方向センサーの機能回路構成
が図2aと2bに示されており、これによれば、高位側
素子がオンとなる前で低位側素子がオフになるたびに、
PWM信号の周期でのサンプルが行われる。図示の例で
は、高位側素子と低位側素子の両方とも、MOSトラン
ジスタである。
The functional circuitry of the current direction sensor of the present invention is shown in FIGS. 2a and 2b, according to which each time the lower element is turned off before the higher element is turned on.
Sampling is performed at the cycle of the PWM signal. In the illustrated example, both the high-order element and the low-order element are MOS transistors.

【0026】図示の2例の回路構成の特徴は、各電源ト
ランジスタ(スイッチ)に並列な再循環ダイオードであ
る。電源スイッチが集積DMOSトラジスタの場合、再
循環ダイオードはトランジスタの集積構造に内包でき
る。別の例として、再循環ダイオードを、誘導負荷の各
駆動ハーフブリッジの電源素子に従来通り並列に接続し
ても構わない。
The feature of the two circuit configurations shown is the recirculation diode in parallel with each power transistor (switch). If the power switch is an integrated DMOS transistor, the recirculating diode can be contained in an integrated transistor structure. As another example, a recirculating diode may be conventionally connected in parallel with the power element of each driving half-bridge of the inductive load.

【0027】図示の例では、低位側素子のオフ時におい
て誘導負荷Lsの電流が連続して同じ方向に流れ、ノー
ドAの電位は、それぞれの再循環ダイオードがオンしき
い値となるまで、電流方向に従って電源電位または接地
電位へシフトされる。
In the illustrated example, when the lower element is off, the current of the inductive load Ls continuously flows in the same direction, and the potential of the node A is maintained until the respective recirculating diodes reach the on threshold. The potential is shifted to the power supply potential or the ground potential according to the direction.

【0028】電流方向の情報は、ノードAにおける寄生
キャパシタンスのチャージおよび比較器Cmpの遅延に
合わせ、低位側素子のオフから500ns〜1.5μs
程度の遅延後に比較器出力ノードの信号をサンプルする
ことにより獲得できる。比較器Cmpにより提供される
2つの連続するサンプル間の状態変化が、電流をモニタ
ーすることなく負荷の電流のゼロ交差を示す情報とな
る。
The information on the current direction is set to 500 ns to 1.5 μs after the low-side element is turned off in accordance with the charging of the parasitic capacitance at the node A and the delay of the comparator Cmp.
It can be obtained by sampling the signal at the comparator output node after some delay. The state change between two consecutive samples provided by the comparator Cmp provides information indicating the zero crossing of the load current without monitoring the current.

【0029】本発明による自動同期補正装置を備えた標
準的なセンサーレス式ブラシレスモータの駆動システム
が、図3のブロック図に示されている。図示のように基
本的には、本発明の特徴部分を示す点線部分の電流Z.
C.判断部以外は、ブラシレスモータ(B.L.モー
タ)の標準的駆動ループ回路で構成されている。
A drive system for a standard sensorless brushless motor with an automatic synchronization corrector according to the present invention is shown in the block diagram of FIG. As shown in the figure, basically, the current Z.I.
C. The components other than the determination unit are configured by a standard drive loop circuit of a brushless motor (BL motor).

【0030】本例の構造においては、BEMF検出部
で、モータ巻線に発生するBEMF起電力のゼロ交差が
検出される。SIN発生部では、その基準正弦波信号
(SIN)がBEMF電圧の周波数と位相に同じとなる
よう、Syncroと呼ばれるBEMFのゼロ交差同期
信号を基にしてSIN信号が作成される。
In the structure of this embodiment, the zero crossing of the BEMF electromotive force generated in the motor winding is detected by the BEMF detector. In the SIN generation unit, a SIN signal is created based on a BEMF zero-crossing synchronization signal called Syncro such that the reference sine wave signal (SIN) has the same frequency and phase as the BEMF voltage.

【0031】同期した所定のSIN駆動信号は、BEM
F検出部で検出されたSPEED信号で示される速度と
基準速度(Target Speed信号)との差に従いAmpl.
変調部で振幅変調されて、その結果の変調された駆動
(正弦波)信号が、PWM変調部へ送られる。ここでそ
の信号(つまり複数位相ずれた信号)が同じ数だけ位相
のずれたPWM信号に変換され、さらに、パワーアクチ
ュエータ部である、互いに逆位相で駆動される2つのハ
ーフブリッジから成るフルブリッジステージ、または、
単一のハーフブリッジを経由してモータのそれぞれの巻
線へ入力される。
The synchronized predetermined SIN drive signal is BEM
F according to the difference between the speed indicated by the SPEED signal detected by the SPEED signal and the reference speed (Target Speed signal).
The amplitude is modulated by the modulator, and the resulting modulated drive (sine wave) signal is sent to the PWM modulator. Here, the signal (that is, a signal shifted by a plurality of phases) is converted into a PWM signal shifted in phase by the same number, and further, a full-bridge stage including two half bridges, which are driven in opposite phases, is a power actuator unit. Or
Input to each winding of the motor via a single half bridge.

【0032】上述の本発明の方法に係る電流Z.C.判
断部では、巻線電流のゼロ交差が検出され、その検出情
報がSIN発生部へ送られる。ここで、電流と電圧との
位相角に従って同期信号Syncroが変調されるの
で、モータのそれぞれの動作状態中に、駆動信号SIN
が巻線電流のゼロ交差に実際に同期する結果となる。
The current Z.I. C. The determination unit detects a zero crossing of the winding current, and sends the detection information to the SIN generation unit. Here, since the synchronization signal Syncro is modulated in accordance with the phase angle between the current and the voltage, the driving signal SIN during each operating state of the motor.
Is actually synchronized to the zero crossing of the winding current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、誘導負荷のPWM駆動回路図である。FIG. 1 is a PWM drive circuit diagram of an inductive load.

【図2】図2aと2bは、本発明の回路の基本概念を概
略的に図示したものである。
2a and 2b schematically illustrate the basic concept of the circuit according to the invention.

【図3】図3は、本発明による同期最適化回路であるブ
ラシレスモータの駆動回路のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a brushless motor driving circuit which is a synchronization optimizing circuit according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペデラッツィニ ジオルジオ イタリア 27100 パビア ビアフォッサ ルマト 88 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Pederazzini Giorgio Italy 27100 Pavia Viafossa Lumato 88

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パルス幅変調信号により互いに逆位相で
駆動される高位側スイッチおよび低位側スイッチを備え
たハーフブリッジステージを使用して電圧モードで駆動
される誘導負荷の電流ゼロ交差検出方法において、 前記ハーフブリッジステージの出力ノードの電圧を一定
の基準電圧と比較する行程と、前記両スイッチがオフ状
態にある間の前記電圧比較結果を周期的にサンプルする
ことにより前記誘導負荷における電流の方向を判断する
行程と、2つの連続したサンプル値間の反転からゼロ交
差を検出する行程と、を実施することを特徴とする電流
ゼロ交差検出法。
1. A method for detecting a current zero-crossing of an inductive load driven in a voltage mode using a half-bridge stage having a high-side switch and a low-side switch driven in opposite phases by a pulse width modulation signal. Comparing the voltage at the output node of the half-bridge stage with a fixed reference voltage, and periodically sampling the result of the voltage comparison while the two switches are in the off state to change the direction of the current in the inductive load. A method for detecting a current zero crossing, comprising: performing a determining step and a step of detecting a zero crossing from inversion between two consecutive sample values.
【請求項2】 電流方向の判断は、ハーフブリッジステ
ージをなす2つのスイッチの一方がオフしてから他方が
オンするまでの遅延時間中に実行する請求項1記載の電
流ゼロ交差検出方法。
2. The current zero-crossing detection method according to claim 1, wherein the determination of the current direction is performed during a delay time from when one of the two switches constituting the half-bridge stage is turned off to when the other is turned on.
【請求項3】 電流方向の判断は、ハーフブリッジステ
ージをなす2つのスイッチの一方の通電位相を短時間中
断することにより実行する請求項1記載の電流ゼロ交差
検出方法。
3. The current zero-crossing detection method according to claim 1, wherein the determination of the current direction is performed by interrupting a short period of time for one of the two switches forming the half-bridge stage.
【請求項4】 ハーフブリッジステージを通じた誘導負
荷のパルス幅変調電圧モード駆動の同期方法において、 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電流ゼロ交差検出
方法により、前記誘導負荷を流れる電流のモニターなし
で該誘導負荷の電流ゼロ交差を検出するようにしたこと
を特徴とする同期方法。
4. A method for synchronizing pulse width modulation voltage mode driving of an inductive load through a half-bridge stage, wherein the current flowing through the inductive load is obtained by the current zero-crossing detecting method according to claim 1. Wherein the current zero crossing of the inductive load is detected without monitoring.
【請求項5】 巻線電流のゼロ交差に同期したパルス幅
変調でセンサーレス式ブラシレスモータの位相巻線を電
圧モード駆動する駆動方法において、 前記巻線電流のゼロ交差を、請求項1〜3のいずれか1
項に記載の電流ゼロ公差検出方法で検出するようにした
ことを特徴とする駆動方法。
5. A driving method for driving a phase winding of a sensorless brushless motor in a voltage mode by pulse width modulation synchronized with a zero crossing of a winding current, wherein the zero crossing of the winding current is determined. Any one of
A driving method characterized in that the detection is performed by the current zero tolerance detection method described in (1).
【請求項6】 位相巻線のパルス幅変調駆動は、予めメ
モリにデジタル記憶した正弦電圧波形で実行される請求
項5記載の駆動方法。
6. The driving method according to claim 5, wherein the pulse width modulation driving of the phase winding is executed with a sine voltage waveform digitally stored in a memory in advance.
【請求項7】 モータ巻線で発生する互いに位相のずれ
たBEMF信号を検出または再生し、そのBEMF信号
の周波数に同期した1以上の所定の周期的駆動信号を発
生する手段(SIN発生部)のために、少なくとも1つ
の同期信号を生成する手段(BEMF検出部)と、プロ
グラムされた速度(Target speed)に対する実際の速度
の誤差信号に従って前記周期的駆動信号(SIN)の振
幅を変調する手段(Ampl.変調部)と、該振幅変調
後の周期的駆動信号を、モータ巻線を駆動する電源ステ
ージ(パワーアクチュエータ部)を動作させる同数のP
WM信号に変換する手段(PWM変調部)と、を備えた
センサーレス式ブラシレスモータ(B.L.モータ)の
駆動装置において、 少なくとも1個の巻線における電流のゼロ交差を検出
し、前記同期信号(Synchro)を変調するために
電流と電圧との間の位相角を示す信号を発生する手段
(電流Z.C.判断部)を備えることを特徴とする駆動
装置。
7. A means (SIN generator) for detecting or reproducing a BEMF signal generated in a motor winding and out of phase with each other, and generating one or more predetermined periodic drive signals synchronized with the frequency of the BEMF signal. Means for generating at least one synchronization signal (BEMF detector) and means for modulating the amplitude of said periodic drive signal (SIN) according to an error signal of the actual speed with respect to a programmed speed (Target speed) (Ampl. Modulating unit) and the periodic drive signal after the amplitude modulation are converted into the same number of Ps for operating a power stage (power actuator unit) for driving the motor winding.
A driving device for a sensorless brushless motor (BL motor) including means for converting to a WM signal (PWM modulation unit), wherein a zero crossing of a current in at least one winding is detected, and the synchronization is performed. A drive device comprising: means (current ZC determining unit) for generating a signal indicating a phase angle between a current and a voltage to modulate a signal (Syncro).
【請求項8】 同期信号(Synchro)を変調する
ために電流と電圧との間の位相角を示す信号を発生する
手段は、巻線の1つを駆動するハーフブリッジの出力ノ
ードに接続された第1の入力端子(+)および一定の基
準電圧(Vref)に接続された第2の入力端子(−)
をもつ少なくとも1つの比較器(Cmp)と、前記ハー
フブリッジを構成する2つの電源スイッチの一方が通電
状態からオフした後に他方のオフ状態が維持されている
間で前記比較器(Cmp)の出力をサンプルし、2つの
連続したサンプル値が反転するごとにゼロ交差信号を提
供するタイミング回路と、からなる請求項7記載の駆動
装置。
8. A means for generating a signal indicative of a phase angle between a current and a voltage for modulating a synchronization signal (Syncro) is connected to an output node of a half-bridge driving one of the windings. A first input terminal (+) and a second input terminal (-) connected to a constant reference voltage (Vref)
And the output of the comparator (Cmp) while one of the two power switches constituting the half bridge is turned off from the energized state and the other is kept off. And a timing circuit that provides a zero-crossing signal each time two successive sampled values are inverted.
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