JPWO2005067134A1 - Power transistor protection circuit for motor drive circuit, motor drive circuit, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】パワートランジスタの出力端子からモータの励磁コイルの他端までの間に断線があるときにパワートランジスタが破壊されるのを防止することができるモータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路、モータドライブ回路あるいは半導体装置を提供することにある。【解決手段】この発明は、端子オープン検出回路と、断線検出回路と、駆動停止回路とを備え、その第1の発明は、パワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときに端子オープン検出回路が出力端子に接続されていない各励磁コイルの他方の端子あるいはこれが接続されているライン(いずれか一方)と、各励磁コイルに対応する出力端子あるいはこれが接続されているライン(いずれか他方)の間がオープン状態であるか否かを検出する。さらに断線検出として、端子オープン検出回路がオープン状態にないことを検出しかつその後にパオープン状態であることを検出する。その第2の発明は、パワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときに端子オープン検出回路がいずれか一方といずれか他方との間のオープン状態あるいは接続状態のいずれかを検出する。そして、断線検出として、端子オープン検出回路によるオープン状態あるいは接続状態のいずれかの検出に応じて複数回オープン状態が検出されたときに断線状態を検出する。【選択図】 図1A power transistor protection circuit for a motor drive circuit and a motor drive circuit capable of preventing the power transistor from being destroyed when there is a disconnection between the output terminal of the power transistor and the other end of the exciting coil of the motor. Another object is to provide a semiconductor device. The present invention includes a terminal open detection circuit, a disconnection detection circuit, and a drive stop circuit. The first invention of the present invention detects a terminal open detection when a power transistor is operating to output a drive current. The other terminal of each exciting coil whose circuit is not connected to the output terminal or the line to which it is connected (one of them) and the output terminal corresponding to each exciting coil or the line to which this is connected (whichever) It is detected whether the space between is open. Further, as disconnection detection, it is detected that the terminal open detection circuit is not in the open state, and thereafter the open state is detected. In the second aspect of the invention, the terminal open detection circuit detects either an open state or a connection state between one and the other when the power transistor is performing a drive current output operation. As the disconnection detection, the disconnection state is detected when the open state is detected a plurality of times in response to detection of either the open state or the connection state by the terminal open detection circuit. [Selection] Figure 1
Description
この発明は、モータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路、モータドライブ回路および半導体装置に関し、詳しくは、ユニポーラ(半波)駆動のステッピングモータドライバにおいて、パワートランジスタの出力端子とモータの励磁コイルとの間が断線状態になっているときにパワートランジスタが破壊されるのを防止することができるようなモータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路に関する。 The present invention relates to a power transistor protection circuit of a motor drive circuit, a motor drive circuit, and a semiconductor device. More specifically, in a stepping motor driver of unipolar (half wave) drive, a gap between an output terminal of a power transistor and an excitation coil of a motor is provided. The present invention relates to a power transistor protection circuit for a motor drive circuit that can prevent the power transistor from being destroyed when it is disconnected.
ユニポーラ駆動のステッピングモータドライバ(パルスモータドライバ)は、1相駆動、1相−2相駆動あるいは2相駆動等によりモータの固定子側を順次励磁することで、所定の回転角だけ突起形状の回転子を回転させる。
各固定子を励磁するための駆動電流を流すドライバは、電源ラインに接続され固定子に巻かれたコイル(励磁コイル)に対してこれに直列にパワートランジスタ(出力段トランジスタ)が各相対応にそれぞれ設けられていている。この各相対応に設けられたパワートランジスタが所定のタイミングでON/OFFされることで、固定子が順次励磁されてステッピングモータがドライブされる。
ある相のパワートランジスタがONすると、その相の励磁コイルのインダクタンスとパワートランジスタ等のインピーダンスにより決定される所定の時定数の過渡現象でON期間の間順次駆動電流が増加していく。この増加量を所定値までに制限するために、パワートランジスタをONさせてから所定の期間後にOFFすることで、パワートランジスタに過電流が流れないように制御される。そのため、パワートランジスタは、通常、ON/OFFする“H”(HIGHレベル),“L”(LOWレベル)の論理値パルスで各相がチョッピングによるパルス駆動される。A unipolar stepping motor driver (pulse motor driver) rotates the projection shape by a predetermined rotation angle by sequentially exciting the stator side of the motor by one-phase driving, one-phase-two-phase driving, or two-phase driving. Rotate the child.
The driver that drives the drive current to excite each stator has a power transistor (output stage transistor) corresponding to each phase in series with the coil (excitation coil) connected to the power line and wound around the stator. Each is provided. The power transistors provided for each phase are turned ON / OFF at a predetermined timing, whereby the stator is sequentially excited and the stepping motor is driven.
When a power transistor of a certain phase is turned on, the drive current is increased sequentially during the ON period due to a transient phenomenon of a predetermined time constant determined by the inductance of the exciting coil of that phase and the impedance of the power transistor or the like. In order to limit the amount of increase to a predetermined value, the power transistor is controlled to turn off after a predetermined period of time so that no overcurrent flows through the power transistor. Therefore, the power transistor is normally pulse-driven by chopping each phase with “H” (HIGH level) and “L” (LOW level) logic value pulses that are turned ON / OFF.
このようなパルス駆動制御の1つとして、ON期間をタイマ回路で設定して制御するチョッパ制御の3相モータドライバとそのIGBTパワートランジスタの保護回路が公知である(特許文献1)。
前記のようなパワートランジスタの保護回路は、過電流保護回路や電流制限回路が一般的である。しかし、モータ駆動のドライバがIC化されている場合には、出力端子にモータの励磁コイルの端子が接続されることから、出力端子とモータとの接続不良が発生し易い。また、モータ等では回転子があるので励磁コイルの断線等も発生する。
しかも、モータ駆動回路等では、ノイズや駆動状態などによってパワートランジスタの出力端子の1つが瞬間的にオープン状態になることがあって、端子のオープン状態を検出することで断線を検出しようとすると誤検出が発生し易く、モータドライブ回路の駆動動作に影響を与えて、実用的なものにはならない。したがって、この種の断線に対する保護回路は見受けられない。
ステッピングモータドライバにおいて、出力端子の1つに接続不良や励磁コイルの断線が発生したときにもモータの駆動は継続される。このとき、オープンとなった端子に接続される励磁コイルに逆起電力が発生しなくなるため、その分、他の励磁コイルに流れる電流が増加してドライバ全体として過負荷状態でモータの駆動が継続される。それによりパワートランジスタが破壊され、しいてはIC自体が破壊されることになる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであり、パワートランジスタの出力端子からモータの励磁コイルの他端までの間に断線があるときにパワートランジスタが破壊されるのを防止することができるモータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路、モータドライブ回路あるいは半導体装置を提供することにある。The power transistor protection circuit as described above is generally an overcurrent protection circuit or a current limiting circuit. However, when the motor-driven driver is an IC, since the motor excitation coil terminal is connected to the output terminal, poor connection between the output terminal and the motor is likely to occur. Further, since a motor or the like has a rotor, disconnection of the exciting coil or the like also occurs.
In addition, in a motor drive circuit or the like, one of the output terminals of the power transistor may be instantaneously opened due to noise, drive state, etc., and it is an error to detect disconnection by detecting the open state of the terminal. Detection is likely to occur and affects the driving operation of the motor drive circuit, making it impractical. Therefore, there is no protection circuit against this type of disconnection.
In the stepping motor driver, the motor continues to be driven even when connection failure or disconnection of the exciting coil occurs at one of the output terminals. At this time, since no back electromotive force is generated in the exciting coil connected to the open terminal, the current flowing through the other exciting coil increases and the driver continues to drive the motor in an overloaded state as a whole. Is done. As a result, the power transistor is destroyed, and the IC itself is destroyed.
The object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and the power transistor is destroyed when there is a disconnection between the output terminal of the power transistor and the other end of the excitation coil of the motor. It is an object of the present invention to provide a power transistor protection circuit, a motor drive circuit, or a semiconductor device for a motor drive circuit that can prevent the above.
このような目的を達成するための第1の発明のモータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路、モータドライブ回路あるいは半導体装置の構成は、出力端子を介してモータの励磁コイルに駆動電流を出力するパワートランジスタを複数の励磁コイルに対応して複数有するモータドライブ回路におけるパワートランジスタ保護回路において、
端子オープン検出回路と、断線検出回路と、駆動停止回路とを備えるものである。
そして、端子オープン検出回路は、出力端子に接続されていない各励磁コイルの他方の端子とこの他方の端子が接続されているラインとのいずれかの一方と他方の端子を持つ励磁コイルが接続されている出力端子あるいはこの出力端子が接続されているラインとのいずれかの他方との間に設けられかつ複数のパワートランジスタに対応してそれぞれ設けられパワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときにいずれか一方といずれか他方との間がオープン状態にあるか否かを検出するものであり、
断線検出回路は、端子オープン検出回路がいずれか一方といずれか他方との間がオープン状態にないことを検出しかつその後にオープン状態にあることを検出したことにより断線状態のいずれかを検出するものであり、
駆動停止回路は、この断線検出回路により断線状態が検出されたときにモータドライブ回路の駆動動作を停止させるものである。
また、第2の発明は、前記の端子オープン検出回路がパワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときにいずれか一方といずれか他方との間のオープン状態あるいは接続状態を検出するものであり、
前記の断線検出回路が端子オープン検出回路によるオープン状態あるいは接続状態のいずれかの検出に応じて複数回オープン状態が検出されたときに断線状態を検出するものである。In order to achieve such an object, the power transistor protection circuit, motor drive circuit or semiconductor device configuration of the motor drive circuit according to the first aspect of the present invention is a power transistor that outputs a drive current to an excitation coil of a motor via an output terminal. In a power transistor protection circuit in a motor drive circuit having a plurality corresponding to a plurality of excitation coils,
A terminal open detection circuit, a disconnection detection circuit, and a drive stop circuit are provided.
The terminal open detection circuit is connected to an excitation coil having either one of the other terminal of each excitation coil not connected to the output terminal and a line to which the other terminal is connected and the other terminal. Between the output terminal and the line to which the output terminal is connected and each corresponding to the plurality of power transistors, and the power transistors perform the drive current output operation. Sometimes detect whether one of the other and the other is open,
The disconnection detection circuit detects that the terminal open detection circuit detects that there is no open state between one and the other, and then detects any open state by detecting that it is in the open state. Is,
The drive stop circuit stops the drive operation of the motor drive circuit when a disconnection state is detected by the disconnection detection circuit.
According to a second aspect of the present invention, the terminal open detection circuit detects an open state or a connection state between one of the power transistors and the other when the power transistor is performing a drive current output operation. Yes,
The disconnection detection circuit detects a disconnection state when an open state is detected a plurality of times in response to detection of either an open state or a connection state by the terminal open detection circuit.
このように、第1の発明は、パワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときに端子オープン検出回路が出力端子に接続されていない各励磁コイルの他方の端子あるいはこれが接続されているライン(いずれか一方)と、各励磁コイルに対応する出力端子あるいはこれが接続されているライン(いずれか他方)の間がオープン状態であるか否かを検出する。さらに断線検出として、端子オープン検出回路がオープン状態にないことを検出しかつその後にパオープン状態であることを検出する。
このように、第1の発明は、端子間がオープン状態にないことを先に検出しておき、その後に端子間がオープン状態にあることを検出することをパワートランジスタが駆動電流の出力動作ごとに行いオープン状態になっていなかった状態からオープン状態になる変化を検出する。また、第1の発明は、端子間がオープン状態にないこととオープン状態にあることとを検出条件とすることで実質的に後の駆動電流の出力時まで端子間のオープン状態が続くか否かを検出する。
一方、第2の発明は、パワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときに端子オープン検出回路がいずれか一方といずれか他方との間のオープン状態あるいは接続状態のいずれかを検出する。そして、断線検出として、端子オープン検出回路によるオープン状態あるいは接続状態のいずれかの検出に応じて複数回オープン状態が検出されたときに断線状態を検出する。
なお、以上の検出では、当然ながら、接続状態にないときにはオープン状態とされ、逆にオープン状態にないときには接続状態とされる。
これら複数の条件で断線状態を判定することで、断線の誤検出がなくなり、モータドライブ回路の駆動動作に影響を与えることなく、確実に断線を検出することができる。そこで、断線時にモータドライブ回路の駆動動作を停止させることができる。
しかも、パワートランジスタが駆動電流の出力動作をしているときに常時オープン状態あるいはオープン状態でないことの検出をし、この検出時には駆動電流がモータのコイルに流れている関係から瞬間的なノイズや駆動状態などの変化に影響され難い。特に、駆動電流の制限電流値に対応する電圧値に近いところでオープン状態にあるか否かを検出するようにすれば、瞬間的なノイズや瞬間的にオープン状態になることに対して影響され難い検出ができる。
その結果、パワートランジスタの出力端子からモータの励磁コイルの他端までの間に断線があるときにそれが即座に検出できるのでパワートランジスタが破壊されるのを防止することができる。Thus, according to the first aspect of the present invention, when the power transistor performs the output operation of the drive current, the other terminal of each exciting coil whose terminal open detection circuit is not connected to the output terminal or the line to which this terminal is connected. It is detected whether or not between any one of them and the output terminal corresponding to each exciting coil or the line (any other) to which this is connected. Further, as a disconnection detection, it is detected that the terminal open detection circuit is not in the open state, and thereafter the open state is detected.
Thus, according to the first aspect of the present invention, the power transistor detects that the terminals are not in an open state first, and thereafter detects that the terminals are in an open state. To detect a change from an open state to an open state. In the first aspect of the present invention, whether or not the open state between the terminals continues substantially until the subsequent output of the drive current by setting the detection condition that the terminals are not in the open state and in the open state. To detect.
On the other hand, in the second invention, the terminal open detection circuit detects either an open state or a connection state between one and the other when the power transistor is performing the drive current output operation. As the disconnection detection, the disconnection state is detected when the open state is detected a plurality of times in response to the detection of either the open state or the connection state by the terminal open detection circuit.
In the above detection, as a matter of course, the open state is set when the connection state is not established, and the connection state is established when the open state is not established.
By determining the disconnection state under these multiple conditions, disconnection is not erroneously detected, and disconnection can be reliably detected without affecting the drive operation of the motor drive circuit. Thus, the drive operation of the motor drive circuit can be stopped when the wire is disconnected.
Moreover, when the power transistor is operating to output the drive current, it is detected that it is always open or not open. At this time, the drive current is flowing through the motor coil, so instantaneous noise and drive are detected. Not easily affected by changes in state. In particular, if it is detected whether or not it is in an open state near a voltage value corresponding to the limit current value of the drive current, it is difficult to be affected by instantaneous noise and instantaneous open state. Can be detected.
As a result, when there is a disconnection between the output terminal of the power transistor and the other end of the exciting coil of the motor, it can be detected immediately, and thus the power transistor can be prevented from being destroyed.
図1は、この発明のモータドライブ回路のパワートランジスタ保護回路を適用した一実施例のユニポーラ駆動のステッピングモータドライバのブロック図、図2は、パワートランジスタ保護回路の動作のタイミングチャートである。
図1において、10は、励磁コイルが4個のユニポーラ駆動のステッピングモータドライバICである。これには、単相駆動回路1a,1b、1c,1dが設けられ、それぞれの出力端子2a,2b、2c,2dにはステッピングモータ11の励磁コイル11a,11b、11c,11dがそれぞれ接続されている。
これら励磁コイル11a,11b、11c,11dは、電源(電池)12の電源ライン13に接続されてこれから電力供給を受ける。なお、各励磁コイル11a,11b、11c,11dには、それぞれフライホイールダイオードDが並列に接続されている。
また、電源12は、端子2eを介してIC内部の電圧レギュレータ回路(REG)2に電力を供給して、REG2を介して内部電源ライン+VDDに安定化した所定の電圧、例えば、3Vの電力を各種の内部回路に送出する。
単相駆動回路1a,1b、1c,1dは、それぞれ同一の回路で構成されているので、その詳細は単相駆動回路1aのみに示す。以下、単相駆動回路1aについて説明し、単相駆動回路1b、1c,1dは、同様であるのでその説明を割愛する。FIG. 1 is a block diagram of a unipolar driving stepping motor driver to which the power transistor protection circuit of the motor drive circuit of the present invention is applied, and FIG. 2 is a timing chart of the operation of the power transistor protection circuit.
In FIG. 1,
These
The
Since the single-
単相駆動回路1aについて説明すると、NチャネルMOSFETパワートランジスタ3と、パワートランジスタ保護回路4、電流制限回路5、そして基準電圧発生回路6とからなる。なお、説明の都合上、各単相駆動回路の電流制限回路5は、単相駆動回路1aの点線枠の外に出してある。
パワートランジスタ3は、ドレインが出力端子2aに接続され、出力端子2aに励磁電流を出力する。パワートランジスタ3のソース側は、端子2fを介してIC外部に取り付けられた出力電流検出用の抵抗Rsに接続され、これを介して接地されている。なお、出力端子2aの出力電流は、この出力端子2aに励磁コイル11aからシンクする電流となる。
パワートランジスタ保護回路4は、電池12の電源ライン12aと出力端子2aとのオープン状態を検出する端子オープン検出回路4aと断線検出回路4bとからなる。
端子オープン検出回路4aは、出力端子2aと前記励磁コイル11aの電源ライン13側の端子(他方の端子)との電圧を検出することでこれら端子間がオープン状態にあることを検出するものであって、抵抗分圧回路44と抵抗分圧回路45、そしてコンパレータ46とからなる。抵抗分圧回路44は、出力端子2aとグランドGNDとの間に接続され、た抵抗R1,R2からなる。抵抗分圧回路45は、端子2iを介して電源ライン13に一方が接続され、他方がグランドGNDに接続された抵抗R3,R4からなる。
コンパレータ46の(+)入力は、抵抗分圧回路44の抵抗の接続点に接続され、接続点の分圧電圧Vaを受ける。その(−)入力は、抵抗分圧回路45の抵抗の接続点に接続され、接続点の分圧電圧Vbを受ける。ここで、パワートランジスタ3の出力が発生してそれが所定の駆動電流値になったときには、出力端子2aがこの電流値に応じた電圧値になるので、Va>Vbとなる。このとき、コンパレータ46の出力は“H”から“L”となる。すなわち、コンパレータ46は、“L”のときに出力電流が発生していることを示す“L”有意の出力検出パルスを発生する(図2(d)参照)。この出力検出パルスは、端子オープン検出回路4aが出力端子2aと励磁コイル11aの他方の端子とが接続状態にあることを示すために出力する検出信号である。逆に言えば、この出力検出パルスは、これら端子がオープン状態にないことを示している。したがって、パワートランジスタ3が駆動電流の出力動作をしているときにこの出力検出パルスが発生しないときにはこれら端子がオープン状態になっていることになる。
ここで、図2(d)に示すように、分圧電圧Vbの電圧は、駆動電流の制限電流値に近い電圧値(5%〜20%低いところ)に設定されている。このようにパワートランジスタ3が駆動電流の出力動作をしているときに出力端子端子2aがオープン状態か否かの検出をし、さらにその駆動電流が制限電流値に対応する電圧値に近いときに端子がオープン状態か否かの検出をするようにすれば、駆動電流がモータのコイルに流れ続けている関係から端子オープン状態の検出がノイズや瞬間的にオープン状態に影響され難くなる。The single-phase driving circuit 1a will be described. The single-phase driving circuit 1a includes an N-channel MOSFET power transistor 3, a power
The power transistor 3 has a drain connected to the
The power
The terminal
The (+) input of the
Here, as shown in FIG. 2D, the voltage of the divided voltage Vb is set to a voltage value (5% to 20% lower) close to the limit current value of the drive current. In this way, when the power transistor 3 is outputting the drive current, it is detected whether or not the
断線検出回路4bは、コンパレータ4cと8進カウンタ4dとからなり、8進カウンタ4dは、クロック発生回路14から端子2hを介して送出されたクロックCLKを受ける。コンパレータ4cの(+)入力は、単相駆動回路1a,1b、1c,1dに共通に設けられた基準電圧発生回路6から比較基準電圧VRを受け、(−)入力は、端子オープン検出回路4aから検出電圧信号を受ける。コンパレータ4cの出力は、8進カウンタ4dのリセット端子Rに接続されている。なお、基準電圧発生回路6は、レーザトリミング等によりその電圧調整が可能になっている。この電圧調整により、単相駆動回路1a,1b、1c,1dのそれぞれのコンパレータ4cがそれぞれにリセット信号を発生するようにその電圧VRが設定される。
なお、このリセット信号は、コンパレータ46の“H”から“L”となり、次に“H”に変化したときにコンパレータ4cが“H”から“L”に立下がるときの立下がりトリガ信号が利用される。
断線検出回路4bは、端子オープン検出回路4aから検出電圧信号を受けて、一定期間オープン状態が継続していることを8進カウンタ4dでクロックCLKをカウントすることで断線の検出をする。すなわち、断線検出信号は、8進カウンタ4dがカウント終了(8カウントか、それ以上カウントアップすること)することで発生する。これによりパワートランジスタ3が駆動電流の出力動作をしていない期間に断線検出信号を発生する。これにより断線検出信号は、パワートランジスタ3の動作中のノイズに影響されないで済む。
ところで、パワートランジスタ3を駆動するゲート駆動パルスの周期TGは、TG<8×Tであり、Tは、クロックCLKの周期である。ここでは、周期TGは、例えば、8進カウンタ4dの6カウント(6×T)程度の周期に設定されている。
コンパレータ4cは、コンパレータ46が“L”の出力検出パルスを発生したときにのみ、“H”の出力パルス(リセットパルス)を発生して8進カウンタ4dをリセットする。これにより8進カウンタ4dは、“0”からそのカウントをスタートさせる。8×Tより手前で次のゲート駆動パルスが発生するので、これにより、パワートランジスタ3の出力電流が発生する。これが発生する限りは、8進カウンタ4dはリセットされ続ける。その結果、8進カウンタ4dの8カウント終了信号は発生しない。The
This reset signal is used as a falling trigger signal when the
The
By the way, the period TG of the gate drive pulse for driving the power transistor 3 is TG <8 × T, and T is the period of the clock CLK. Here, the period TG is set to a period of about 6 counts (6 × T) of the
The
ここで、電源ライン13側の励磁コイル11aの端子から接続端子2aまでの間で断線が発生したときには、抵抗分圧回路44の分圧電圧がグランドGND電位となるので、コンパレータ46が発生する出力検出パルスは、たとえゲート駆動パルスが発生しても、パワートランジスタ3に出力電流が発生しない場合には“H”のままとなる(図4(e)の後半波形参照)。そのため、コンパレータ4cの出力パルス(リセットパルス)は“L”のままとなり、8進カウンタ4dは、コンパレータ4cの出力パルスによってはリセットされない。その結果、パワートランジスタ3の出力電流が発生していないときには、8進カウンタ4dの8カウント終了信号が発生することになる。この8カウント終了信号が断線検出信号とされる。
41は、駆動停止信号発生回路であって、オアゲート42とラッチ回路43とからなる。そして、単相駆動回路1a,1b、1c,1dの8進カウンタ4dの最終段の8カウント終了信号“H”を断線検出信号としてオアゲート42を介してラッチ回路43が受ける。これによりラッチ回路43は、8カウント終了信号“H”を“1”を受けてこれの励磁コイル11a〜11dについての論理和信号をクロックCLKに応じてラッチする。
断線検出信号(“1”)がラッチされたときには、ラッチ回路43からこの“1”が駆動停止信号SPとして相励磁信号生成回路9に加えられる。これにより相励磁信号生成回路9は、その動作を停止する。なお、ラッチ回路43のリセット端子Rにリセット信号“1”が端子RSを介して入力されると、ラッチ回路43の値は、“0”クリアされる。このラッチ回路43は、初期状態では、このリセット信号により“0”がセットされている。
そこで、電源ライン13側の励磁コイル11aの端子から接続端子2aまでの間で断線が発生したときには、8進カウンタ4dから8カウント終了信号(“H”)が断線検出信号として発生してラッチ回路43に“1”がラッチされ、相励磁信号生成回路9の動作が停止する。これにより、ステッピングモータドライバIC10、特にパワートランジスタ3は破壊されないで済む。
ところで、断線検出信号は、8進カウンタ4dのオーバーフロー信号やキャリー信号を使用してもよい。Here, when a disconnection occurs between the terminal of the
When the disconnection detection signal (“1”) is latched, “1” is applied from the
Therefore, when a disconnection occurs between the terminal of the
By the way, the disconnection detection signal may use an overflow signal or carry signal of the
電流制限回路5は、コンパレータ5a、そして、基準電圧発生回路5bとからなる。 コンパレータ5aの(+)入力端子は、端子2fと接続され、基準電圧発生回路5bは、IC外部に設けられ、端子2gを介してコンパレータ5aの(−)入力端子に接続され、基準電圧VREFを(−)入力端子に加える。出力電流検出用の抵抗Rsの端子電圧(端子2fの電圧)をVsとすると、パワートランジスタ3の駆動電流(出力電流)が増加して、電圧Vsが基準電圧VREFを越えるような出力電流がパワートランジスタ3に発生したとき、言い換えれば、出力電流が規定値になったときに、コンパレータ5aは検出パルスSを発生する。この検出パルスSは、チョッピングパルス発生回路7に加えられて、“H”のチョッピングパルスPをOFF(“H”から“L”)にするとともにOFFタイマ回路8を駆動する。これによりパワートランジスタ3はOFFになる(その動作については後述)。
チョッピングパルスPの停止時間(“L”の期間)は、OFF時間設定のOFFタイマ回路8によりカウントされて、一定期間後、例えば、15μsec後にチョッピングパルスPが“L”から“H”となる。このチョッピングパルスPは、例えば、30μsec〜50μsec程度の範囲で選択された期間の間“H”となるパルスである。すなわち、チョッピングパルスPは、“H”のパルスが検出パルスSに応じて“L”となり、一定時間後に“H”となることで、チョッピングパルスとして生成される。
その結果、電流制限回路5は、抵抗Rsの端子電圧Vsが電圧VREFを越えたときに駆動電流を停止させてパワートランジスタ3の出力電流を制限する。この点で電流制限回路5は、モータドライブ回路の過電流保護回路を兼ねるものとして設けられている。The current limiting circuit 5 includes a
The stop time (“L” period) of the chopping pulse P is counted by the
As a result, the current limiting circuit 5 stops the driving current and limits the output current of the power transistor 3 when the terminal voltage Vs of the resistor Rs exceeds the voltage VREF. In this respect, the current limiting circuit 5 is provided also as an overcurrent protection circuit for the motor drive circuit.
定常状態で“H”のチョッピングパルスPは、相励磁信号生成回路9に送出されて、例えば、相励磁信号生成回路9においてアンドゲートにより単相駆動回路1aのゲート駆動パルスの“H”とアンド論理が採られて、パワートランジスタ3のゲートに出力される(図2(a),(b)参照)。そこで、パワートランジスタ3には、ゲート駆動パルスの“H”の期間、所定の周波数でこのトランジスタ3を遮断するチョッピングパルス(チョッピングパルスPに対応)が相励磁信号生成回路9から加えられることになる。チョッピングパルスPが“L”のときには、ゲート駆動パルスは“L”となり、パワートランジスタ3がOFFにされて、ステッピングモータ11の励磁コイル11aに対する駆動電流が停止する。
ここで、各励磁コイルにはフライホイールダイオードDが並列に設けられているので、各励磁コイル11a,11b、11c,11dに流れるそれぞれの電流は、チョッピングパルスPが“L”のOFF期間にはフライホイールダイオードDを通して流れる。それは、チョッピングパルスPによるON期間とOFF期間との関係で決定される平均的な電流となる。The chopping pulse P of “H” in the steady state is sent to the phase excitation signal generation circuit 9, and, for example, the phase excitation signal generation circuit 9 ANDs the “H” of the gate drive pulse of the single-phase drive circuit 1a by AND gate. Logic is adopted and output to the gate of the power transistor 3 (see FIGS. 2A and 2B). Therefore, a chopping pulse (corresponding to the chopping pulse P) for cutting off the transistor 3 at a predetermined frequency is applied to the power transistor 3 from the phase excitation signal generation circuit 9 during the “H” period of the gate drive pulse. . When the chopping pulse P is “L”, the gate drive pulse is “L”, the power transistor 3 is turned off, and the drive current to the
Here, since each exciting coil is provided with the flywheel diode D in parallel, each current flowing through each
ここでは、チョッピングパルス発生回路7とOFFタイマ回路8とは、単相駆動回路1a,1b、1c,1dに対応して共通に設けられていて、これら回路により各単相駆動回路1a,1b、1c,1dの励磁コイル駆動に対応してチョッピングパルスPがそれぞれに生成され、相励磁信号生成回路9に送出される。
相励磁信号生成回路9は、各励磁コイルを単相駆動、1相−2相駆動、2相駆動等に応じて、単相駆動回路1a,1b、1c,1dの各パワートランジスタ3のゲート駆動パルスを所定のタイミングで生成する回路であって、“H”、“L”のゲート駆動パルスを発生する。さらに、駆動電流を制限するために各ゲートパルスの“H”の期間がそれぞれにそれぞれのチョッピングパルスPによりチョッピングされる。なお、チョッピングパルスPの周期は、クロックCLKの周期よりも小さい。Here, the chopping
The phase excitation signal generation circuit 9 drives the gates of the power transistors 3 of the single-
図2は、パワートランジスタ保護回路4の動作のタイミングチャートである。
図2(a)は、単相駆動回路1aのゲート駆動パルスであり、これが“H”の期間の間、パワートランジスタ3がチョッピング駆動される。図2(b)は、そのチョッピングパルスPであり、これの“H”の期間の間、ステッピングモータ11の励磁コイル11aに対して駆動電流が流れるので、出力端子2aの出力電圧Voutは、図2(c)のようになる。
ここで、図2(a)のゲート駆動パルスに応じて単相駆動回路1aのパワートランジスタ3が出力電流を発生しているとする。この場合、コンパレータ46は、出力端子2aの電圧に応じてこれを分圧した分圧電圧Vaが分圧電圧Vb(図2(d)参照)を越えたときに“H”から“L”の出力となるので、図2(e)に示すように、図2(c)の出力端子2aの電圧Voutに応じて、その出力パルスは、“H”,“L”、“H”、“L”の出力検出パルスとなる。チョッピングパルスPの周期は、クロックCLKよりも小さいので、コンパレータ46の、この出力検出パルス“L”の出力パルスに応じて、コンパレータ4cは、“H”の出力(リセットパルス)を発生して8進カウンタ4dをリセットする。これにより、ラッチ回路43は、初期値“0”のままとなり、駆動停止信号SPは発生することなく、相励磁信号生成回路9は動作し続ける。FIG. 2 is a timing chart of the operation of the power
FIG. 2A shows a gate drive pulse of the single-phase drive circuit 1a, and the power transistor 3 is chopped and driven during this period of “H”. FIG. 2B shows the chopping pulse P, and during this “H” period, the drive current flows through the
Here, it is assumed that the power transistor 3 of the single-phase drive circuit 1a generates an output current in response to the gate drive pulse of FIG. In this case, the
このとき発生しているコンパレータ46の“L”の最後の出力検出パルスは、図2(a)のゲート駆動パルスが落ちる手間のチョッピングパルスPに対応して発生している。そして次に発生するコンパレータ46の“L”の出力検出パルスは、次のゲート駆動パルスが発生してその最初のチョッピングパルスPに対応している。このときのコンパレータ46の“L”の出力検出パルスの発生期間は、8進カウンタ4dが8クロック分カウントする期間8×Tより短い。したがって、電源ライン13の側の励磁コイル11aの端子から接続端子2aまでの間に断線がない限りは、相励磁信号生成回路9に対する駆動停止信号SPはラッチ回路43から発生しない。なお、8進カウンタ4dのカウント期間は、前記の最後の出力検出パルスから次の最初の出力検出パルスまで以上長い期間があればよい。
一方、ステッピングモータ11との接続不良などにより電源ライン13側の励磁コイル11aの端子から接続端子2aまでの間に断線があるときには、ゲート駆動パルスに応じて単相駆動回路1aのパワートランジスタ3が駆動されても出力電流を発生しない。そこで、図2(c)に後半に示すように、出力端子2aの電圧Voutが発生しない。そのため分圧電圧VaはVa≒0Vになる。The last output detection pulse “L” of the
On the other hand, when there is a disconnection between the terminal of the
その結果、Va<Vbとなり、コンパレータ46から発生する出力検出パルスが“H”のままとなる。これにより8進カウンタ4dはリセットされることなく、クロックCLKをカウントする。そこで、次の出力電流が発生しなかったときには、コンパレータ46から“L”の出力検出パルスが発生しないので、8進カウンタ4dから8カウント終了信号(“H”)が発生してそれがオアゲート42を介してこれがラッチ回路43に“1”としてラッチされる。これにより、相励磁信号生成回路9の動作が停止するので、ステッピングモータドライバIC10は破壊されないで済む。
この場合、8進カウンタ4dからの8カウント終了信号(断線検出信号)は、次の出力電流発生する期間において、コンパレータ46から“L”の出力検出パルスが複数個分以上発生する期間以上の長さにするのが好ましい。そこで、ここでは、8進カウンタ4dの8カウント終了までの期間は、ここでは、各単相駆動回路1a,1b、1c,1dのそれぞれにおいて、それぞれのゲート駆動パルスの発生周期より長い値に設定している。それによりゲート駆動パルスの1周期分以上に渡って端子オープン状態が連続することを検出できる。
なお、オアゲート42は、単相駆動回路1a,1b、1c,1dの8進カウンタ4dの最終段から得られる8カウント終了信号(断線検出信号)を論理和で受けるので、単相駆動回路1a,1b、1c,1dのいずれかの8進カウンタ4dにおいて8カウント終了信号(断線検出信号)が発生しても相励磁信号生成回路9の動作は停止する。As a result, Va <Vb, and the output detection pulse generated from the
In this case, the 8-count end signal (disconnection detection signal) from the
The
前記の実施例では、8進カウンタ4dのリセットから8進カウンタ4dのカウント終了までの期間を8×Tとし、これに対してゲート駆動パルスの周期TGを6×Tとしている。そこで、端子オープン検出回路4aの接続状態を示す検出信号が1回発生しなければ端子オープン検出信号が発生したものとして断線検出回路4bにより断線と判断される。
しかし、この発明では、例えば、8進カウンタ4dを13進カウンタあるいはそれ以上のカウントをするカウンタとすることができる。この場合には、端子オープン検出回路4aの接続状態を示す検出信号が連続して複数回発生しなければ、端子オープン検出信号が連続して複数回発生したものとし、このときに初めて断線検出回路4bが断線と判定する。これにより断線の判定をより確実にすることができる。
言い換えれば、この発明としては、カウンタ4dのリセットからカウント終了までの期間をゲート駆動パルスの周期TGに対してこれの2倍を超えるようにして断線判定をするようにしてもよい。
なお、断線検出回路4bは、端子オープン検出信号が連続的に検出されなくても複数回検出されることをもって断線と判定してもよい。In the above embodiment, the period from the reset of the
However, in the present invention, for example, the
In other words, in the present invention, the disconnection determination may be made so that the period from the reset of the counter 4d to the end of counting exceeds twice the period TG of the gate drive pulse.
Note that the
ところで、実施例では、コンパレータ5aは、単相駆動回路1a,1b、1c,1dにそれぞれ設けられる構成となっているが、コンパレータ5aは、複数の単相駆動回路に共通に設けられていてもよい。この場合、例えば、単相駆動回路1a,1bのそれぞれのコンパレータ5aと、単相駆動回路1c,1dのそれぞれのコンパレータ5aとに対して出力電流値の検出抵抗Rsをそれぞれに共通化してトータルで2個とすることができる。
また、実施例では、コンパレータ5は、2つの(+)入力端子を持つもの1つでしているが、これは、コンパレータ5の内部回路をパラレルに2つのコンパレータで構成としてもよい。また、これは、(+)入力端子と(−)入力端子がそれぞれある2つあるコンパレータを使用してもよい。
さらに、実施例では、断線検出信号をn進カウンタのカウント終了信号としているが、この発明は、カウンタのカウント終了信号による必要はない。この発明における断線検出信号は、端子オープン検出回路の検出信号を受けてこれを受けたときの駆動電流の出力に対してその次に発生する駆動電流の出力までの期間よりも後であればよい。
また、実施例のパワートランジスTrは、MOSFETトランジスタであるが、これは、バイポーラトランジスタであってもよいことはもちろんである。
さらに、実施例では、ユニポーラ駆動のステッピングモータドライバICのモータ駆動回路について説明しているが、パワートランジスタの出力回路をプッシュ・プル動作の駆動回路として、バイポーラ駆動(正位相と逆位相の両波駆動)のステッピングモータドライバICにこの発明を適用してもよいことはもちろんである。In the embodiment, the
In the embodiment, the comparator 5 is one having two (+) input terminals. However, the internal circuit of the comparator 5 may be configured by two comparators in parallel. Also, this may use two comparators each having a (+) input terminal and a (−) input terminal.
Further, in the embodiment, the disconnection detection signal is the count end signal of the n-ary counter, but the present invention does not need to be based on the count end signal of the counter. In the present invention, the disconnection detection signal may be after the period until the output of the drive current generated next to the output of the drive current when the detection signal of the terminal open detection circuit is received and received. .
In addition, the power transistor Tr of the embodiment is a MOSFET transistor, but it is needless to say that it may be a bipolar transistor.
Further, in the embodiment, the motor driving circuit of the unipolar driving stepping motor driver IC has been described. However, the output circuit of the power transistor is used as a driving circuit for push-pull operation, and bipolar driving (both positive and reverse phase waves) is performed. It goes without saying that the present invention may be applied to a stepping motor driver IC for driving.
以上説明してきたが、実施例では、チョッピングパルス発生回路7とOFFタイマ回路8を介してパワートランジスタ3のOFF制御をしているが、パワートランジスタ3がOFFされる構成であれば、チョッピングパルス発生回路7やOFFタイマ回路8はこの発明にとって必ずしも必要な構成ではない。
さらに、実施例では、ステッピングモータドライバICについて説明しているが、規定の電流値でパワートランジスタをOFFして駆動電流を制限するような電流制限回路を有するドライブ回路であれば、どのような回路であってもこの発明は適用できる。As described above, in the embodiment, the power transistor 3 is controlled to be turned off via the chopping
Further, in the embodiment, the stepping motor driver IC is described. However, any circuit can be used as long as the drive circuit has a current limiting circuit that limits the driving current by turning off the power transistor with a specified current value. Even so, the present invention can be applied.
1a,1b、1c,1d…単相駆動回路、
2a,2b、2c,2d…出力端子、
3…NチャネルMOSFETパワートランジスタ、
4…パワートランジスタ保護回路、4a…端子オープン検出回路、
4b…断線検出回路、4c,46…コンパレータ、
4d…8進カウンタ、5…電流制限回路、
5a…コンパレータ、6…基準電圧発生回路、
7…チョッピングパルス発生回路、8…OFFタイマ回路、
9…相励磁信号生成回路、
10…ステッピングモータドライバIC、
11a,11b、11c,11d…励磁コイル、
12…電源、13…クロック発生回路、14…クロック発生回路、
41…駆動停止信号発生回路、42…オアゲート、
43…ラッチ回路、44,45…抵抗分圧回路、
Rs…抵抗、D…フライホイールダイオード。1a, 1b, 1c, 1d ... single phase drive circuit,
2a, 2b, 2c, 2d ... output terminals,
3 N-channel MOSFET power transistor,
4 ... Power transistor protection circuit, 4a ... Terminal open detection circuit,
4b ... disconnection detection circuit, 4c, 46 ... comparator,
4d ... octal counter, 5 ... current limiting circuit,
5a ... comparator, 6 ... reference voltage generation circuit,
7 ... Chopping pulse generation circuit, 8 ... OFF timer circuit,
9: Phase excitation signal generation circuit,
10 ... Stepping motor driver IC,
11a, 11b, 11c, 11d ... exciting coils,
12 ... Power supply, 13 ... Clock generation circuit, 14 ... Clock generation circuit,
41: Drive stop signal generation circuit, 42: OR gate,
43 ... latch circuit, 44, 45 ... resistance voltage divider circuit,
Rs: resistance, D: flywheel diode.
Claims (14)
端子オープン検出回路と、断線検出回路と、駆動停止回路とを備え、
前記端子オープン検出回路は、前記出力端子に接続されていない各前記励磁コイルの他方の端子とこの他方の端子が接続されているラインとのいずれかの一方と前記他方の端子を持つ前記励磁コイルが接続されている前記出力端子あるいはこの出力端子が接続されているラインとのいずれかの他方との間に設けられかつ複数の前記パワートランジスタに対応してそれぞれ設けられ前記パワートランジスタが前記駆動電流の出力動作をしているときに前記いずれか一方と前記いずれか他方との間がオープン状態にあるか否かを検出するものであり、
前記断線検出回路は、前記端子オープン検出回路が前記いずれか一方と前記いずれか他方との間がオープン状態にないことを検出しかつその後にオープン状態にあることを検出したことにより断線状態を検出するものであり、
前記駆動停止回路は、この断線検出回路により断線状態が検出されたときに前記モータドライブ回路の駆動動作を停止させるパワートランジスタ保護回路。In the power transistor protection circuit in the motor drive circuit having a plurality of power transistors corresponding to the plurality of excitation coils, which output a drive current to the excitation coil of the motor via the output terminal,
A terminal open detection circuit, a disconnection detection circuit, and a drive stop circuit;
The terminal open detection circuit includes the excitation coil having one of the other terminal of each excitation coil not connected to the output terminal and a line to which the other terminal is connected and the other terminal. Are connected to the other of the output terminal to which the output terminal is connected or the line to which the output terminal is connected, and are respectively provided corresponding to the plurality of power transistors. Detecting whether or not there is an open state between any one and the other when the output operation of the flow,
The disconnection detection circuit detects a disconnection state by detecting that the terminal open detection circuit is not in an open state between the one and the other and then detecting that the terminal is in an open state. Is what
The drive stop circuit is a power transistor protection circuit that stops the drive operation of the motor drive circuit when a disconnection state is detected by the disconnection detection circuit.
端子オープン検出回路と、断線検出回路と、駆動停止回路とを備え、
前記端子オープン検出回路は、前記出力端子に接続されていない各前記励磁コイルの他方の端子とこの他方の端子が接続されているラインとのいずれかの一方と前記他方の端子を持つ前記励磁コイルが接続されている前記出力端子あるいはこの出力端子が接続されているラインとのいずれかの他方との間に設けられかつ複数の前記パワートランジスタに対応してそれぞれ設けられ前記パワートランジスタが前記駆動電流の出力動作をしているときに前記いずれか一方と前記いずれか他方との間のオープン状態あるいは接続状態のいずれかを検出するものであり、
前記断線検出回路は、前記端子オープン検出回路による前記オープン状態あるいは前記接続状態のいずれかの検出に応じて複数回前記オープン状態が検出されたときに断線状態を検出するものであり、
前記駆動停止回路は、この断線検出回路により断線状態が検出されたときに前記モータドライブ回路の駆動動作を停止させるパワートランジスタ保護回路。In the power transistor protection circuit in the motor drive circuit having a plurality of power transistors corresponding to the plurality of excitation coils, which output a drive current to the excitation coil of the motor via the output terminal,
A terminal open detection circuit, a disconnection detection circuit, and a drive stop circuit;
The terminal open detection circuit includes the excitation coil having one of the other terminal of each excitation coil not connected to the output terminal and a line to which the other terminal is connected and the other terminal. Are connected to the other of the output terminal to which the output terminal is connected or the line to which the output terminal is connected, and are respectively provided corresponding to the plurality of power transistors. Detecting any one of the open state or the connection state between any one of the two and the other when the output operation of the flow,
The disconnection detection circuit detects a disconnection state when the open state is detected a plurality of times in response to detection of either the open state or the connection state by the terminal open detection circuit,
The drive stop circuit is a power transistor protection circuit that stops the drive operation of the motor drive circuit when a disconnection state is detected by the disconnection detection circuit.
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