KR101106841B1

KR101106841B1 - 드라이버 회로

Info

Publication number: KR101106841B1
Application number: KR1020100058896A
Authority: KR
Inventors: 다까시 오가와; 쯔또무 무라따
Original assignee: 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드; 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-01-19
Also published as: KR20100138786A; TW201101673A; CN101931356B; CN101931356A; US20100320985A1; JP2011010394A; US8283885B2

Abstract

구동 제어 신호를 효과적으로 얻는다. 회전 상태 신호에 대하여, 오프셋 제어 회로(32)에 있어서, 오프셋을 부가한다. 회전 상태 신호에 대하여 기준값에 근접하는 측에 소정의 오프셋량을 가산한 가산 신호의 하나의 방향으로부터의 1회째의 기준값을 검출했을 때에, 상기 회전 상태 신호에 대하여 기준값으로부터 복귀되는 방향으로 상기 오프셋량을 가산하고, 얻어진 가산 신호에 대하여 상기 하나의 방향의 2회째의 기준값을 검출했을 때에 대해서는 그대로 하고, 가산 신호가 하나의 방향과 반대 방향으로부터 기준값에 이르는 또 하나의 방향으로부터의 1회째의 기준값을 검출했을 때에, 상기 회전 상태 신호에 대하여 기준값에 근접하는 측에 상기 오프셋량을 가산하는 처리를 반복하여, 회전 상태 신호에 오프셋을 부가하여 가산 신호를 얻고, 얻어진 가산 신호의, 상기 2회째의 기준값과, 그 다음의 기준값 사이에서, 상기 정현파 형상 신호에 비하여 소정 기간만큼 감소된 기간의 구동 제어 신호를 작성한다.

Description

드라이버 회로{DRIVER CIRCUIT}

본 발명은, 모터의 회전 상태를 나타내는 정현파 형상의 회전 상태 신호에 기초하여, 구동 제어 신호를 작성하는 드라이버 회로에 관한 것이다.

모터에는 각종의 것이 있지만, 위치를 정확하게 결정할 수 있는 모터의 대표적인 것으로서 스테핑 모터가 있으며, 각종 장치에 있어서 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 카메라의 포커싱, 손떨림 보정이나, 공작 기계의 위치 결정 등을 들 수 있다.

본 스테핑의 구동은, 통상 2개의 스테이터 코일에의 전류 위상에 의해 로터의 회전 위치를 변경함으로써 행해진다.

일본 특허 공개 제2006-288056호 공보 일본 특허 공개 평8-37798호 공보

여기서, 전기 기기에 있어서의 소비 전력은 가능한 한 작게 하려는 요구가 있다. 특히, 배터리 구동의 휴대 기기 등에서는 그 요구가 크다. 여기서, 스테핑 모터의 구동에 있어서, 2개의 코일에 공급하는 전류는 90도 위상이 상이하고, 한쪽의 코일 전류가 0도, 180도 부근에서는 다른 쪽의 코일에 충분한 전류가 흐르고 있으며, 0도, 180도 부근의 전류는 모터 구동에 그다지 기여하지 않는다. 따라서, 모터 구동 전류의 0도, 180도 부근의 전류를 차단하는 통전 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 0도, 180도 부근의 30도에 대해 통전을 차단하는 통전 방법은, 150도 통전으로 부르고 있다.

이러한 150도 통전을 행하기 위해서는, 그를 위한 신호 발생을 위한 회로가 필요해진다. 이 회로도 가능한 한 간략화하려는 요구가 있다.

본 발명은, 모터의 회전 상태를 나타내는 정현파 형상의 회전 상태 신호에 기초하여, 구동 제어 신호를 작성하는 드라이버 회로이며, 상기 회전 상태 신호에 대하여 기준값에 근접하는 측에 소정의 오프셋량을 가산한 가산 신호의 하나의 방향으로부터의 1회째의 상기 기준값을 검출했을 때에, 상기 회전 상태 신호에 대하여 상기 기준값으로부터 복귀되는 방향으로 상기 오프셋량을 가산하고, 얻어진 가산 신호에 대해 상기 하나의 방향의 2회째의 상기 기준값을 검출했을 때에 대해서는 그대로 하고, 가산 신호가 상기 하나의 방향과 반대 방향으로부터 상기 기준값에 이르는 또 하나의 방향으로부터의 1회째의 상기 기준값을 검출했을 때에, 상기 회전 상태 신호에 대하여 상기 기준값에 근접하는 측에 상기 오프셋량을 가산한다는 처리를 반복하여, 회전 상태 신호에 오프셋을 부가하여 가산 신호를 얻고, 얻어진 가산 신호의, 상기 2회째의 상기 기준값과, 그 다음 상기 기준값 사이에서 상기 회전 상태 신호에 비하여, 소정 기간만큼 감소된 기간의 구동 제어 신호를 작성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 가산 신호가 플러스측일 때와, 가산 신호가 마이너스측일 때를 별도의 구동 제어 신호로서 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 비교적 간단한 회로에 의해 통전 시간을 감소시킨 구동 제어 신호를 얻을 수 있다.

도 1은 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 출력 회로의 구성예를 도시하는 도면.
도 3은 가산 신호의 예를 도시하는 도면.
도 4는 출력 제어 회로의 구성예를 도시하는 도면.
도 5는 출력 제어 회로의 각 부의 신호 파형을 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 전체 구성을 도시하는 도면이며, 시스템은 드라이버(100)와, 모터(200)로 구성된다. 입력 신호는 드라이버(100)에 입력되고, 드라이버(100)가 입력 신호에 따른 구동 전류를 모터(200)에 공급한다. 이에 의해, 모터(200)의 회전이 입력 신호에 따라 제어된다.

여기서, 드라이버(100)는 비교기(10)를 갖고 있으며, 모터(200)에 설치된 홀 소자(30)로부터의 로터 위치에 따른 회전 상태 신호가 오프셋 제어 회로(32)를 통하여 비교기(10)의 일단부에 공급된다. 즉, 오프셋 제어 회로(32)는 회전 상태 신호에 소정의 오프셋값을 가산하여, 상하 방향으로 교대로 시프트된 가산 신호를 얻는다. 그리고, 이 가산 신호가 비교기(10)의 일단부에 공급된다. 비교기(10)의 타단부에는 제로 전압(기준값 전압)이 공급되고 있으며, 비교기(10)는 가산 신호가 제로(기준값)에 이른 것을 검출한다.

비교기(10)의 출력은 출력 제어 회로(12)에 공급된다. 출력 제어 회로(12)는, 비교기(10)의 출력 신호에 따라 소정 주파수의 구동 파형(위상)을 결정함과 함께 구동 제어 신호(OUT1, OUT2)가 PWM 구동 제어됨으로써 구동 전류의 진폭이 결정된다. 그리고, 작성된 구동 제어 신호를 출력 회로(14)에 공급한다.

출력 회로(14)는 복수의 트랜지스터로 구성되고, 이들의 스위칭에 의해 전원으로부터의 전류를 제어하여 모터 구동 전류를 발생시켜, 이것을 모터(200)에 공급한다.

도 2에는 출력 회로(14)의 일부와 모터(200)의 1개의 코일[22(24)]의 구성을 도시한다. 이와 같이, 전원과 어스 사이에 2개의 트랜지스터(Q1, Q2)의 직렬 접속으로 이루어지는 아암과, 2개의 트랜지스터(Q3, Q4)의 직렬 접속으로 이루어지는 아암이 설치되어 있고, 트랜지스터(Q1, Q2)의 중간점과, 트랜지스터(Q3, Q4)의 중간점 사이에 코일[22(24)]이 접속된다. 그리고, 트랜지스터(Q1, Q4)를 온, 트랜지스터(Q2, Q3)를 오프함으로써 코일[22(24)]에 일방향의 전류를 흘리고, 트랜지스터(Q1, Q4)를 오프, 트랜지스터(Q2, Q3)를 온으로 함으로써, 코일[22(24)]에 반대 방향의 전류를 흘려, 코일(22, 24)을 구동한다.

또한, 이러한 회로가 2개 설치됨으로써 2개의 코일(22, 24)에 공급하는 전류를 개별적으로 제어할 수 있다.

모터(200)는 스테핑 모터이며, 2개의 코일(22, 24)과 로터(26)를 갖고 있다. 2개의 코일(22, 24)은 서로 전기각으로 90도 위치가 어긋나게 배치되어 있고, 따라서 로터(26)에 대한 자계의 방향도 로터의 중심각에 대하여 서로 전기각으로 90도 어긋나 있다. 또한, 로터(26)는 그 극수에 따른 수의 영구 자석이 설치되어 있고, 예를 들어 N극과 S극이 대향하는 위치(서로 180도 상이한 위치)에 배치되어 있다. 그리고, 2개의 코일(22, 24)로부터의 자계에 따라 안정된 위치가 결정된다.

따라서, 로터의 회전각에 대하여 90도 어긋난 위치에 배치된 2개의 코일에 서로 90도 위상이 다른 교류 전류를 공급함으로써, 그 전류 위상에 의해 로터(26)를 이동시켜, 회전할 수 있다. 또한, 특정 전류 위상의 타이밍에, 전류 위상의 변화를 정지함으로써 그때의 전류 위상에 따른 위치에 로터를 정지할 수 있다. 이와 같이 하여, 모터(200)의 회전이 제어된다.

모터(200)에는 홀 소자(30)가 설치되어 있고, 로터(26)의 영구 자석으로부터의 자계에 따라 회전 상태 신호를 발생시킨다. 상술한 바와 같이, N, S가 1개씩인 경우, 로터(26)의 1회전이 1주기가 되는 정현파가 회전 상태 신호로서 얻어진다.

이 홀 소자(30)로부터의 회전 상태 신호는, 오프셋 제어 회로(32)에 공급된다. 이 오프셋 제어 회로(32)는 회전 상태 신호를 소정의 오프셋량만큼 어긋나도록 하여, 2개의 제로 크로스 사이를, 예를 들어 150도로 설정하는 것이다.

여기서, 도 3에는 제로 크로스 사이를 180도로부터 120도로 변경하는 예가 도시되어 있다. 회전 상태 신호는, 0도에서 0가우스(Gauss), 90도에서 +60가우스, 180도에서 0가우스, 270도에서 -60가우스에 상당하는 전압의 사인파이다. 따라서, 회전 상태 신호를 30가우스 상당의 전압만큼 제로에 근접시킴으로써 2개 제로 크로스 사이가 120도로 된다. 따라서, -측에 있어서 +30가우스 상당분 가산한 가산 신호(회전 상태 신호가 30가우스분 제로에 근접된 신호)가 1회째에 제로에 이르렀을 때(회전 상태 신호의 위상 -30도)에 +30가우스 대신에 -30가우스의 가산(30가우스분의 감산)으로 한다. 이에 의해, 60가우스분 가산 신호가 -방향으로 시프트된다. 이 예의 경우, -60가우스분의 가산은 60도분의 시프트에 상당하기 때문에, 회전 상태 신호에 있어서의 위상의 +30도에 있어서, 가산 신호는 -측으로부터의 2회째의 제로에 이른다. 그리고, 이 2회째의 제로인 경우에는 -30가우스분의 가산은 그대로 하여 +측으로 이행된다. 다음으로, +측으로부터의 1회째의 제로일 때에 가산이 +30가우스로 전환된다. 이와 같이 하여, 회전 상태 신호의 위상 330도(-30도)일 때에 오프셋량이 +30가우스로부터 -30가우스로 전환되고, 150도일 때에 오프셋량이 -30가우스로부터 +30가우스로 전환되고, 이것을 반복함으로써 가산 신호의 2회째의 제로로부터 다음 제로 사이에서 120도 기간의 신호를 얻을 수 있다. 또한, 가산하는 오프셋량을 조정함으로써(이 경우에는 ±15가우스 상당분으로 한다), 150도 등의 기간의 신호를 얻을 수 있다.

또한, 비교기(10)의 타단부에는, 홀 소자(30)의 공통 전압과 동전위의 전압을 기준으로 하여 공급하는 구성으로 해도 좋다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 홀 소자(30)와 비교기(10)에 의해 사용되는 기준값이 동등해져, 코일(22, 24)에의 통전 기간을 더 정확하게 설정할 수 있다.

도 4에는, 출력 제어 회로(12)의 구성예가 도시되어 있고, 도 5에는 각 부의 신호 파형이 도시되어 있다. 비교기(10)의 출력(비교기 출력)은, 회전 상태 신호를 상술한 바와 같이 하여 순차적으로 시프트한 신호의 제로 크로스를 검출하는 것이며, 이 예는 도 3과 마찬가지로 120도 통전의 예를 나타내고 있고, 비교기 출력은 회전 상태 신호의 0 내지 30도가 L 레벨, 30 내지 150도가 H 레벨이 되고, 150 내지 180도가 L 레벨, 180 내지 210도가 H 레벨, 210 내지 330도가 L 레벨, 330 내지 360도가 H 레벨의 신호가 된다[도 5의 (i)].

본 비교기 출력은 플립플롭(FF1)의 D 입력단부에 공급된다. 이 플립플롭(FF1)의 클록 입력단부에는 소정의 클록(CLK)이 공급되고 있어, 플립플롭(FF1)이 비교기(10)의 출력을 순차적으로 유지하게 된다. 클록(CLK)은, 비교기(10)의 출력의 변화에 비하여 큰 주파수를 갖고 있기 때문에, 플립플롭(FF1)은 비교기(10)의 출력을 소정의 기간만큼 지연되어 그대로 도입하게 된다. 플립플롭(FF1)의 출력은, 플립플롭(FF2)의 D 입력단부에 공급되고 있으며, 이 플립플롭(FF2)의 클록 입력단부에도 클록(CLK)이 공급되고 있다. 따라서, 이 플립플롭(FF2)의 출력은 플립플롭(FF1)의 출력에 비하여, 클록(CLK)의 1주기만 지연된 신호가 된다. 플립플롭(FF1)의 출력은 반전되어 AND 게이트(AND1)에 입력되고, 플립플롭(FF2)의 출력은 그대로 AND 게이트(AND1)에 입력된다. 따라서, 이 AND 게이트(AND1)의 출력은, 비교기(10)의 출력이 하강되었을 때에 클록(CLK)의 1주기분만큼 상승되는 신호가 된다.

즉, 도 5의 (ii) 하강 검출 신호에 나타낸 바와 같이, 비교기 출력의 하강 시에 클록(CLK)의 1주기만 상승되는 신호가 AND 게이트(AND1)의 출력으로 얻어진다.

또한, AND 게이트(AND2)에는 플립플롭(FF1)의 출력과 플립플롭(FF2)의 반전 출력이 입력되어 있다. 따라서, 이 AND 게이트(AND2)의 출력에는, 도 5의 (iii) 상승 검출 신호에 나타낸 바와 같이, 비교기 출력의 상승 시에 클록(CLK)의 1주기만 상승되는 신호를 얻을 수 있다.

클록(CLK)은 소정의 분주 후, 연속 H/L 검출부(40)에 입력된다. 이 연속 H/L 검출부(40)는, 예를 들어 비교기 출력에 있어서의 H 레벨이 60도의 기간 연속되었을 때 H 레벨, L 레벨이 60도의 기간 연속되었을 때에 L 레벨이 된다. 따라서, 이 예에서는, 회전 상태 신호의 90도 내지 270도의 기간이 H 레벨, 그 밖의 절반의 기간이 L 레벨인 신호가 연속 H/L 검출부(40)의 출력이 된다[도 5의 (iv)].

AND 게이트(AND1)의 출력은, 플립플롭(FF3)의 D 입력단부에 공급되고, AND 게이트(AND2)의 출력은 플립플롭(FF4)의 D 입력단부에 공급된다. 이들 AND 게이트(AND1, AND2)의 클록 입력단부에는 클록(CLK)이 공급되고 있다. 따라서, 이들 플립플롭(FF3, FF4)에 AND 게이트(AND1, AND2)의 출력이 도입된다. 플립플롭(FF3, FF4)의 출력은 AND 게이트(AND3, AND4)에 각각 입력된다. AND 게이트(AND3)의 타 입력단부에는 연속 H/L 검출 신호가 그대로 입력되고, AND 게이트(AND4)의 타 입력단부에는 연속 H/L 검출 신호가 반전되어 입력되어 있다. 따라서, AND 게이트(AND3)의 출력에는 하강 검출 신호 내의 회전 상태 신호의 0도에 대응하는 펄스가 제거되어, 150도, 210도의 펄스만 남는다. 또한 AND 게이트(AND4)의 출력에서는 상승 검출 신호 내의 회전 상태 신호의 180도에 대응하는 펄스가 제거되어 30도, 330도의 펄스만 남는다.

AND 게이트(AND3)의 출력은, SR 래치 회로(SR1)의 세트 입력단부에 공급되고, AND 게이트(AND4)의 출력은, SR 래치 회로(SR1)의 리셋 입력단부에 공급된다[도 5의 (v)]. 따라서, 도 5의 (vi)에 도시된 바와 같이 회전 상태 신호의 330도에서 H 레벨이 되고, 150도에서 L 레벨이 되는 오프셋 제어 신호가 SR 래치(SR1)의 출력으로 얻어진다. 이 SR 래치(SR1)의 출력은, 오프셋 제어 회로(32)에 공급되어, H 레벨 시에 소정의 오프셋값(30가우스분)만큼 회전 상태 신호에 가산하고, L 레벨 시에 소정의 오프셋값(30가우스분)만큼 회전 상태 신호로부터 감산하는 전환 제어에 이용된다.

AND 게이트(AND3, AND4)의 출력은 OR 게이트(OR1)에 입력된다. OR 게이트(OR1)의 출력에는 330도, 30도, 150도, 210도의 4개의 펄스를 갖는 양 에지 신호가 얻어진다[도 5의 (vii)]. 오프셋 제어 신호는, 소정의 지연이 실시된 후, 플립플롭(FF5)의 D 입력단부에 공급된다. 이 플립플롭(FF5)의 클록 입력단부에는 OR 게이트(OR1)로부터의 양 에지 신호가 공급되어 있고, 플립플롭(FF5)의 출력에는 회전 상태 신호의 30도에서 H 레벨이 되고, 210도에서 L 레벨이 되는 신호를 얻을 수 있다[도 5의 (viii)].

이 플립플롭(FF5)의 출력은, NOR 게이트(NOR1) 및 AND 게이트(AND5)에 입력되고, NOR 게이트(NOR1) 및 AND 게이트(AND5)의 타 입력단부에는 SR 래치(SR1)의 출력이 공급되고 있다. 따라서, NOR 게이트(NOR1)의 출력에는 30 내지 150도의 기간만 H 레벨이 되는 구동 제어 신호(OUT1)[도 5의 (ix)], AND 게이트(AND5)의 출력에는 210 내지 330도의 기간만 H 레벨이 되는 구동 제어 신호(OUT2)[도 5의 (x)]를 얻을 수 있다.

따라서, 구동 제어 신호(OUT1, OUT2)를 출력 회로(14)에 공급함으로써, 도 2에 있어서의 트랜지스터(Q1, Q4) 및 트랜지스터(Q3, Q2)의 온 오프를 제어함으로써, 상술한 코일[22(24)]의 구동 전류 제어가 행해진다.

또한, 출력 회로(14)에서는, 2개의 코일(22, 24)에 90도 위상이 다른 신호를 공급할 필요가 있다. 이를 위해서는, 상술한 바와 같은 회로를 2개 설치하면 된다. 또한, 연속 H/L 검출부(40)에서는 전기 위상 90도만큼 지연시켜 신호를 도입하고 있다. 마찬가지의 회로를 설치하고, 상술한 구동 제어 신호(OUT1, OUT2)를 90도 지연시킴으로써 다른 코일용의 구동 제어 신호를 얻어도 좋다.

또한, 도 1에 있어서는, 코일(22)의 대향 위치에 홀 소자(30)를 배치했기 때문에 코일(22)에 동기한 회전 상태 신호를 얻을 수 있지만, 홀 소자(30)의 설치 위치는 반드시 한정되지는 않는다. 또한, 상술한 바와 같이 회전 상태 신호에 가감산하는 오프셋량을 조정함으로써, 150도 통전 등도 용이하게 행할 수 있다.

본 실시 형태의 제어에서는, 제로 크로스를 확실하게 검출할 필요가 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 제어는 회전이 안정되고 나서 행하면 된다. 이에 의해, 채터링의 영향을 방지하고, 또한 통전 기간을 거의 원하는 기간(예를 들어 전기 위상 150도의 기간)으로 할 수 있다.

10 : 비교기
12 : 출력 제어 회로
14 : 출력 회로
22, 24 : 코일
26 : 로터
30 : 홀 소자
32 : 오프셋 제어 회로
40 : 연속 H/L 검출부
100 : 드라이버
200 : 모터

Claims

모터의 회전 상태를 나타내는 정현파 형상의 회전 상태 신호에 기초하여, 구동 제어 신호를 생성하는 드라이버 회로이며,
상기 회전 상태 신호에 소정의 오프셋량을 가산한 가산 신호가 마이너스에서 플러스로 전환되는 위상의 진행 방향에서 첫번째로 기준값에 도달했을 때에, 상기 회전 상태 신호에 대하여 상기 기준값으로부터 복귀되는 방향으로 상기 오프셋량을 가산하고, 얻어진 가산 신호가 마이너스에서 플러스로 전환되는 위상의 진행 방향으로 상기 기준값에 도달했을 때는 얻어진 가산 신호의 값을 유지하고, 얻어진 가산 신호가 플러스에서 마이너스로 전환되는 위상의 진행 방향으로 상기 기준값에 도달했을 때에는, 상기 회전 상태 신호에 상기 오프셋량을 가산하는 처리를 반복하여, 회전 상태 신호에 오프셋을 부가하여 가산 신호를 얻고,
얻어진 가산 신호가 마이너스에서 플러스로 전환되는 위상의 진행 방향으로 상기 기준값에 도달했을 때와, 얻어진 가산 신호가 플러스에서 마이너스로 전환되는 위상의 진행 방향으로 상기 기준값에 도달했을 때 사이에서, 상기 회전 상태 신호에 비하여 소정 기간만큼 감소된 기간의 구동 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 드라이버 회로.
제1항에 있어서, 가산 신호가 플러스측일 때와, 가산 신호가 마이너스측일 때를 2개의 구동 제어 신호로서 발생시키는 것을 특징으로 하는 드라이버 회로.