JPH11122979A - センサーレス3相ビーエルディーシーモーター駆動回路 - Google Patents
センサーレス3相ビーエルディーシーモーター駆動回路Info
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Abstract
を導入したセンサーレス3相ビーエルディーシーモータ
ー駆動回路を提供すること。 【解決手段】 本発明は、固定子側コイルの各相電圧を
比較する比較部10と、比較部10の出力波形のエッジ
を感知するポジティブエッジ感知回路20と、その感知
信号を一定角度分だけ遅延させ、遅延信号の各周期内で
オンデューティとオフデューティとが同一になるように
調節された第2パルス信号を発生するタイミング及びデ
ューティ制御回路25と、第2パルス信号の3周期の間
に基準電圧、基準電圧以上及び基準電圧以下の3状態を
有する三つの階段電圧を発生する階段電圧発生回路30
と、第2パルス信号の毎周期ごとにホールバイアス電圧
以上と以下との間をスイングする台形電圧を発生する台
形電圧発生回路40と、各階段電圧と台形電圧との差異
電圧を用いて整流する整流部とを含む。
Description
路に関するもので、より詳しくはホールセンサーを使わ
ないセンサーレス3相ビーエルディーシーモーターの駆
動回路に関する。
DC;brushless direct curre
nt)モーターを駆動するためには永久磁石よりなる回
転子の磁極の強さを検出することが必要であるが、この
ために従来は三つのホールセンサーを用いる方式を主に
使ったが、最近では一つのホールセンサーだけを利用す
る方式を使っている。
駆動する方式は、モーターの外部に三つのホールセンサ
ーを120°の位相差ができるように機構的に取り付け
て回転子側の永久磁石のメインマグネットから検出され
る互いに120°の位相差を有する三つのホール信号を
感知した後、これを用いて出力駆動回路にある駆動トラ
ンジスタを順次にスイッチングする方式である。
駆動する方式は、モーター外部に装着された一つのホー
ルセンサーを通じて永久磁石のサブマグネットホール信
号、すなわちメインマグネットホール信号の周期の1/
3の周期を有するホール信号を感知し、これを用いてメ
インマグネット(以下、“永久磁石”と言う)ホール信
号と同一な周期を有して互いに120°の位相差を有す
る三つの3状階段電圧を作った後、この3状階段電圧と
サブマグネットホール信号を用いて出力駆動回路にある
駆動トランジスタを順次にスイッチングする方式であ
る。三つまたは一つのホールセンサーを用いてモーター
を駆動する方法に係わる詳細な技術が大韓民国特許出願
第96−37803号の“1−ホール信号を用いた3相
ビーエルディーシーモーターのソフトスイッチング回
路”に開示されている。
ホールセンサーを使うようになるとシステムの大きさが
大きくなり、製造コストが増加するという問題点があ
る。
ルセンサーを使わないモーター駆動方法が使われること
もある。一般にホールセンサーを使わないセンサーレス
モーター駆動回路は、モーター回転時に固定子コイルの
各相で発生する逆起電力を用いてモーターを駆動する。
これは機構的に回転子側の永久磁石のS/N境界面が固
定子コイルの正中央に位置する状態で逆起電力は最大ま
たは最小値を有し、またこの時点がコイルの各相に流れ
る電流の方向を転換させて(以下、“整流”と言う)コ
イルが帯びている磁極を変えなければならない時点にな
るためである。
起電力を用いるセンサーレスモーター駆動回路もいくつ
かの問題点を有している。その中の一つの問題点は、コ
イルに流れる相電流とコイル自体の抵抗などによって純
粋な逆起電力だけを検出することが難しいことである。
そしてたとえ純粋な逆起電力を検出したとしても、これ
を用いて整流する過程で出力駆動回路にある駆動トラン
ジスタをスイッチングする方式がハードスイッチング方
式であったため、スイッチング過程でスパークを誘発す
る恐れがあり、これによって電磁気妨害の特性を悪化さ
せて結局これを防止するための緩衝器の使用が不可決と
なる問題点を有している。
するためのもので、センサーレス3相ビーエルディーシ
ーモーターを駆動するにおいて、逆起電力を利用せずに
モーター整流過程でソフトスイッチング方式を導入した
センサーレス3相ビーエルディーシーモーター駆動回路
を提供することにある。
に本発明においては、比較部はモーター回転時の固定子
側コイルの各相電圧を互いに比較するが、一回に二つの
相電圧ずつを各々比較する。エッジ部の感知回路は比較
部の出力信号の波形からポジティブエッジまたはネガテ
ィブエッジを感知してパルス信号を出力する。タイミン
グ及びデューティ制御回路は入力されるパルス信号を電
気的に一定角度分だけ遅延させた後、遅延された信号の
各周期内でオンデューティとオフデューティが同一にな
るように調節する。
ーティが調節されたパルス信号を用いて三つの階段電圧
と一つの台形電圧を発生するが、この時発生する三つの
階段電圧は互いに120°の位相差を有して入力される
パルス信号の3周期間の基準電圧、基準電圧以上及び基
準電圧以下の3状態を反復する階段電圧であり、台形電
圧は入力されるパルス信号の毎周期ごとにホールバイア
ス電圧以上と以下との間をスイングする。整流部は信号
発生部を通じて発生する各階段電圧と台形電圧との差異
電圧を用いて固定子コイルの各相に流れる電流の方向を
制御する。
路は、整流のために逆起電力を直接検出する代わりに、
コイルの各相電圧の変化を検出してこれを逆起電力との
タイミング図にマッチングさせることによって正確な逆
起電力波形を類推する。そして類推された逆起電力が最
大または最小値を有する時点になる前、すなわち機構的
に永久磁石のS/N境界面が固定子コイルの正中央に位
置する直前に整流を遂行してモーターがより円満に回転
できるようにする。
図面を添付して説明する。図1は、本発明の実施形態に
よるセンサーレス3相ビーエルディーシーモーターの駆
動回路図である。図1に図示したようにセンサーレス3
相ビーエルディーシーモーターの駆動回路で、比較部1
0は第1〜第3比較器11〜13から構成されるが、第
1比較器11はU相電圧VUとV相電圧VVを、第2比
較器12はV相電圧VVとW相電圧VWを、そして第3
比較器13はU相電圧VUとW相電圧VWをそれぞれ比
較する。
3比較器11〜13の出力信号UV−OUT、VW−O
UT、UW−OUT波形からポジティブエッジを感知し
て第1パルス信号PEとして出力する。
は、入力される第1パルス信号PEを電気角30°分だ
け遅延させた後、遅延した信号の各周期内でオンデュー
ティとオフデューティとが同一になるように調節された
第2パルス信号PE′を発生する。かかるように第1パ
ルス信号PEを電気的に30°分だけ遅延させる理由に
ついては後述する。
E′の立上りエッジから始めて一周期の間は基準電圧以
上の状態、その次の半周期の間は基準電圧の状態、その
次の一周期の間は電圧以下の状態、そして最後の半周期
の間は再び基準電圧の状態を反復する三つの3状態階段
電圧U−Stair、V−Stair、W−Stair
を発生し、三つの階段電圧U−Stair、V−Sta
ir、W−Stairは互いに120°の位相差を有す
る。
ルス信号PE′の一周期内でホールバイアス電圧以上と
以下との間をスイングする台形電圧TZを反復して発生
する。
むが、図2に図示したように各差動増幅器51、52、
53の一つの入力端子からは各階段電圧U−Stai
r、V−Stair、W−Stairが印加され、各差
動増幅器51、52、53のもう一つの入力端子からは
台形電圧TZが共通に印加される。
−Stair、W−Stairと台形電圧TZとの差異
電圧によって各差動増幅器の出力電流Ic1〜Ic6が
調節され、この出力電流Ic1〜Ic6を用いて出力駆
動回路60にある六つの駆動トランジスタQ1〜Q6を
スイッチングする六つのスイッチング信号を発生する。
そして、この出力駆動回路60の駆動トランジスタQ1
〜Q6が順次にスイッチングされて整流を遂行すること
によってモーターが駆動できるようになる。
1〜53を駆動するために使われる各階段電圧と台形電
圧との差異電圧がホールバイアス電圧を基準にして10
0mV以内の区間でだけ出力駆動回路60の駆動トラン
ジスタQ1〜Q6をソフトスイッチングすることができ
ると言う点を覚えておかなければならない。なぜなら
ば、通常の差動増幅器は入力される二つの電圧の差がホ
ールバイアス電圧を基準にして4VT(≒100mV;
VT:熱電圧)以内である区間でだけ漸進的に増加した
り減少する電流を出力するためである。
駆動回路は、逆起電力が最大または最小値を有する時点
になる60°前にすでに整流を始めるように設計されて
いるため、各階段電圧と台形電圧との差異電圧がホール
バイアス電圧を基準にして、100mV以内の区間にこ
の整流時点が含まれるようにタイミングを制御するため
に、ポジティブエッジ感知回路20から出力されるパル
ス信号PEを電気的に30°遅延させる。
〜53を駆動するために、台形電圧の代わりに、パルス
信号PE′の各オンデューティではホールバイアス以下
の電圧から以上の電圧に漸進的に増加して各オフデュー
ティではホールバイアス以上の電圧から以下の電圧に漸
進的に減少する形態の三角波電圧を利用することもでき
る。
ーエルディーシーモーター駆動回路のタイミング図であ
る。図3に図示したように固定子コイルの各相の相電圧
VU、VV、VWを比較して作ったパルス信号PEは各
逆起電力UB−EMF、VB−EMF、WB−EMFが
陰の最大値である時にハイレベルの電圧を出力する。こ
れは機構的には、モーター永久磁石のS−N境界面が固
定子コイルの正中央に位置した状態であることがわか
る。しかし、本発明によるモーター駆動回路はこの時点
で整流を遂行するものではなく、この時点より60°進
んだ時点で整流を遂行するように設計されている。
−Stair、V−Stair、W−Stairと台形
電圧TZまたは三角波電圧TAを生成して、各階段電圧
と台形または三角波電圧との差異電圧を持って出力制御
回路50の差動増幅器51、52、53を駆動する。そ
うすると、この差異電圧がホールバイアス電圧を基準に
して100mV以下である区間、すなわち図面において
台形電圧または三角波電圧がホールバイアス電圧と同一
になる時点の直前から直後までの区間内で整流が遂行さ
れる。かかる過程で整流が遂行されると、整流時点から
漸進的に増加したり減少する相電流IU、IV、IWが
固定子コイルの各相に流れるようになる。
ビーエルディーシーモーター駆動回路の効果は、ホール
センサーを使わずにモーター駆動トランジスタのソフト
スイッチングを可能にするので、システムの大きさと製
造コストを節減することができ、安定したモーター駆動
特性が得られる。
ーエルディーシーモーターの駆動回路図である。
まれた差動増幅器の連結図である。
ディーシーモーターの駆動回路のタイミング図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ホールセンサーを使わないセンサーレス
モーター駆動回路において、 モーターの回転時の固定子側のコイルの各相電圧を互い
に比較するための比較部、 前記比較部の出力信号の波形のエッジ部を感知するため
のエッジ部感知回路、 前記エッジ部感知回路から出力される第1パルス信号を
電気的に一定角度分だけ遅延させた後、遅延した信号の
各周期内でオンデューティとオフデューティとが同一に
なるように調節された第2パルス信号を発生するタイミ
ング及びデューティ制御回路、 互いに120°の位相差を有して前記第2パルス信号の
3周期の間に基準電圧、基準電圧以上及び基準電圧以下
の3状態を有する三つの階段電圧を反復して発生する階
段電圧発生部、 前記第2パルス信号の毎周期ごとにホールバイアス電圧
以上と以下との間をスイングする台形電圧を反復して発
生する台形電圧発生部及び、 前記各階段電圧と台形電圧との差異電圧を用いて整流を
遂行する整流部を含んでなっているセンサーレスモータ
ー駆動回路。 - 【請求項2】 前記感知されるエッジ部はポジティブエ
ッジである請求項1に記載のセンサーレスモーター駆動
回路。 - 【請求項3】 前記階段電圧は、 前記第2パルス信号の立上りエッジから一周期の間は基
準電圧以上の状態、次の半周期の間は基準電圧の状態、
次の一周期の間は基準電圧以下の状態、そして最後の半
周期の間は再び基準電圧の状態を反復する請求項1に記
載のセンサーレスモーター駆動回路。 - 【請求項4】 前記整流部は、 第1入力端子と第2入力端子に印加される二つの信号の
差によって駆動される差動増幅器を三つ含むが、 三つの第1入力端子からは前記三つの階段電圧が各々印
加され、三つの第2入力端子からは前記台形電圧が共通
して印加される請求項3に記載のセンサーレスモーター
駆動回路。 - 【請求項5】 ホールセンサを使わないセンサーレスモ
ーター駆動回路において、 モーター回転時に固定子側コイルの各相電圧を互いに比
較するための比較部、 前記比較部の出力信号波形のエッジ部を感知するための
エッジ部感知回路、 前記エッジ部感知回路から出力される第1パルス信号を
電気的に一定角度分だけ遅延させた後、遅延した信号の
各周期内でオンデューティとオフデューティとが同一に
なるように調節された第2パルス信号を発生するタイミ
ング及びデューティ制御回路、互いに120°の位相差
を有して前記第2パルス信号の3周期の間に基準電圧、
基準電圧以上及び基準電圧以下の3状態を有する三つの
階段電圧を反復して発生する階段電圧発生部、 前記第2パルス信号の各オンデューティではホールバイ
アス以下の電圧から以上の電圧に漸進的に増加し、各オ
フデューティではホールバイアス以上の電圧から以下の
電圧に漸進的に減少する三角波電圧を反復して発生する
三角波電圧発生部及び前記各階段電圧と台形電圧との差
異電圧を用いて整流を遂行する整流部を含んでなるセン
サーレスモーター駆動回路。
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