KR101106872B1

KR101106872B1 - 모터 구동 제어 회로

Info

Publication number: KR101106872B1
Application number: KR1020100083999A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 다까이
Original assignee: 산요 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드; 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-01-20
Also published as: CN102035447B; US8344672B2; KR20110035873A; TW201125279A; JP2011078222A; JP5559504B2; CN102035447A; TWI419459B; US20110074321A1

Abstract

모터의 유기 전류를 효율적으로 검출한다.
차동 증폭기(30)는 동기 모터(20)의 정상 회전 시에 있어서의 코일 전류(Is)를 검출한다. 그때의 인가 전압(S0)을 ATT 회로(14)로부터의 출력 등으로부터 검출한다. 검출된 코일 전류(Is)와, 그때의 인가 전압(S0)과, 미리 결정한 스케일링 팩터(As)를 사용하여, 유기 전류(Ib)를 Ib=As·S0-Is에 의해 구한다. 구해진 유기 전류(Ib)에 기초하여, 모터에의 인가 전압을 제어한다.

Description

모터 구동 제어 회로{MOTOR DRIVE CONTROL CIRCUIT}

본 발명은, 동기 모터의 구동을 제어하는 구동 제어 회로에 관한 것이다.

동기 모터의 제어에 있어서는, 로터 위치를 검출하고, 검출된 로터 위치에 따라 모터 구동 전류를 제어하는 것이 중요하다.

동기 모터에는, IPMSM(매입형 영구 자석 동기 모터), SPMSM(표면 자석 동기 모터), PM(영구 자석), VR(변수 릴럭턴스), HB(하이브리드), BLDCM(브러시리스 직류 모터) 등이 알려져 있고, 이들 동기 모터의 회전 위치를 검출하는 방법으로서는, 홀 소자 등의 각종 센서를 사용하는 방법과, 속도 기전압(유기 전압)을 검출하는 센서리스의 방법이 알려져 있다.

비용, 스페이스 등을 생각하면, 센서리스가 더 우수하며, 센서리스의 방법에 대하여 각종 제안이 있다. 예를 들어, 모터의 속도 기전압을 사용하는 방법이 있으며, 모터 스테이터 전압·전류와 모터 모델식으로부터 벡터 연산을 하여 위치 추정하는 방법이나, 모터의 구동 라인을 특정한 기간 하이 임피던스 상태로 하여, 직접적으로 속도 기전압을 측정하는 방법 등이 알려져 있다.

일본 특허 공개 제2007-274760호 공보

모터 모델식으로부터 추정하는 방법에서는, 모델식 중의 인덕턴스, 직류 저항 성분 등을 상수로서 설정해야 하는데, 이들은 오차의 원인이 된다. 또한, 하이 임피던스로 하는 방법에서는, 모터 구동 출력을 검출 기간에 정지할 필요가 있어, 전류의 연속성이 손상된다.

본 발명은, 동기 모터의 정상 회전 시에 있어서의 코일 전류와, 그때의 인가 전압을 검출하고, 상기 코일 전류 또는 상기 인가 전압에, 미리 결정한 스케일링 팩터를 승산하고, 상기 코일 전류의 성분과 상기 인가 전압의 성분의 차분을 산출하여 상기 동기 모터의 유기 전력에 따른 신호를 검출하고, 상기 유기 전류에 따른 신호에 기초하여, 상기 동기 모터에의 인가 전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스케일링 팩터를, 상기 동기 모터의 비회전 시에 있어서 검출한 인가 전압과 모터 전류의 비로부터 구하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 스케일링 팩터를, 상기 동기 모터의 비회전 시에 있어서 검출한 인가 전압과 모터 전류의 비와, 상기 동기 모터의 스테이터의 인덕턴스 성분으로부터 구하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유기 전력에 따른 신호와, 그 미분 신호의 논리 연산에 기초하여, 상기 동기 모터의 회전수에 따른 주파수의 회전 속도 신호를 얻는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유기 전력에 따른 신호와, 상기 인가 전압의 위상차를 구하고, 구해진 위상차에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 정상 운전 상태의 유기 전류를, 코일을 하이 임피던스 상태로 하지 않고 검출할 수 있기 때문에, 모터 구동의 연속성을 유지하면서 유기 전류를 검출할 수 있다.

도 1은 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 2는 동기 어긋남 검출기의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 동기 어긋남 검출의 동작을 도시하는 도면.
도 4는 회전 속도 검출기의 구성을 도시하는 도면.
도 5는 회전 속도 검출의 동작을 도시하는 도면.
도 6은 위상차 검출의 동작을 도시하는 도면.
도 7은 다른 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 8은 또 다른 실시 형태의 구성을 도시하는 도면.
도 9는 또 다른 실시 형태의 구성을 도시하는 도면.
도 10은 H 브리지 드라이버의 구성을 도시하는 도면.
도 11은 다른 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 전체 구성을 도시하는 블록도이다. 이 예에서는 스테핑 모터를 구동 대상으로 하고 있다.

스케일링 팩터(As)를 검출하는 것을 명령하는 스케일링 명령, 통상의 여자를 행하는 것을 지시하는 통상 여자 명령이 여자 타이밍 생성기(10)에 공급된다.

통상 여자 명령에 의해 통상 여자가 지시된 경우에는 여자 타이밍 생성기(10)는 그때의 모터 구동 명령에 기초하여 여자 타이밍에 관한 신호를 생성하여 여자 진폭 생성기(12)에 공급한다. 여자 진폭 생성기(12)는 그때의 모터 구동에 적절한 모터 인가 전압 명령(S0)을 작성하고, 이것을 ATT 회로(14)에 있어서 진폭 조정을 하여 출력한다. 또한, 스케일링 명령의 경우에는 스케일링 팩터(As)를 검출하기 위하여 적합한 인가 전압 명령값(Vdc)이 ATT 회로(14)로부터 출력된다.

ATT 회로(14)의 출력은 PWM 회로(16)에 공급되어, ATT 회로(14)로부터의 출력인 명령값에 따른 듀티비의 PWM 제어 신호가 출력된다.

PWM 제어 신호는 H 브리지 드라이버(18)에 공급된다. H 브리지 드라이버(18)는 복수의 트랜지스터로 구성되고, 이들의 스위칭에 의해 전원으로부터의 전류를 제어하여 모터 전류(코일 전류)를 발생시켜, 이것을 모터(20)에 공급한다.

모터(20)는 스테핑 모터이며, 2개의 코일(22, 24)과 로터(26)를 갖고 있다. 2개의 코일(22, 24)은 서로 전기각으로 90° 위치가 어긋나 배치되어 있고, 따라서 로터(26)에 대한 자계의 방향도 로터의 중심각에 대하여 서로 전기각으로 90° 어긋나 있다. 또한, 로터(26)는 예를 들어 영구 자석을 포함하고 있으며, 2개의 코일(22, 24)로부터의 자계에 따라 안정되는 위치가 결정된다. 즉, 로터의 회전각에 대하여 90°어긋난 위치에 배치된 2개의 코일에 서로 90°위상이 다른 교류 전류를 공급함으로써, 그 전류 위상에 의해 로터(26)를 이동시켜 회전할 수 있다. 또한, 특정의 전류 위상의 타이밍에 전류 위상의 변화를 정지시킴으로써, 그때의 전류 위상에 따른 위치에 로터를 정지시킬 수 있고, 이에 의해 모터(20)의 회전이 제어된다.

2개의 코일(22)의 전류 경로에는 저항(Rs)이 배치되어 있고, 이 양단부에는 코일(22)에 흐르는 전류, 즉 저항(Rs)에 흐르는 전류에 따른 전압이 발생한다. 이 저항(Rs)의 양단부 전압은 차동 증폭기(30)에 입력되어, 여기에서 저항(Rs)의 양단부 전압이 얻어진다. 또한, 이 예에서는, 차동 증폭기(30)에는 로우 패스 필터(LPF)가 추가되어 있으며, 이 로우 패스 필터에 의해, 차동 증폭기(30)의 출력에 있어서의 미세 변동을 제거하여, 안정된 출력을 얻고 있다. 또한, 차동 증폭기(30)에서는 오프셋이 발생하므로, 이 오프셋을 오프셋 조정 명령에 기초하여 오프셋 조정을 행하는 오프셋 조정기(32)가 접속되어 있다. 예를 들어, 구동 전류가 제로일 때에 차동 증폭기(30)의 출력을 오프셋 조정기(32)가 검출 기억하고, 이에 의해 차동 증폭기(30)의 오프셋이 조정된다.

차동 증폭기(30)의 출력인 모터 구동 전류에 관한 신호는 ADC(34)에 공급되어 여기에서 디지털 신호로 변환된다. ADC(34)의 출력은, 스케일링 명령에 의한 검출의 경우에는 비회전 시에 있어서의 직류 모터 전류(Idc)이며, 회전 시에는 모터 전류(코일 전류)(Is)가 된다.

이 ADC(34)의 출력은, 부호 판정부(36)에 공급되어, 여기에서 부호 판정하고, 저항(Rs)을 흐르는 전류의 방향에 대하여 검출하여, 검출 결과가 ATTs 회로(38)에 공급된다. ATTs 회로(38)는 스케일링 팩터(As)를 기억하고, 이것을 ATT 회로(14)로부터 출력되는 Vdc, S0에 승산하는 회로이다. 스케일링 시에는 As·Vdc=Idc에 의해 직류 모터 전류(Idc)가 얻어지고, 통상 여자 시에는 As·S0가 얻어진다.

ATTs 회로(38)의 출력은 비교 조정기(40)에 공급된다. 비교 조정기(40)에는 스케일링 명령이 공급되고, 스케일링 시에 ATTs 회로(38)로부터 공급되는 As·Vdc와, ADC(34)로부터 공급되는 Idc를 비교하여, 스케일링 팩터(As)를 갱신하고, 갱신된 As를 ATTs 회로(38)에 공급한다.

통상 여자 시의 ATTs 회로(38)의 출력인, As·S0은 감산기(42)에 공급되고, 여기에서 통상 여자 시의 ADC(34)의 출력인 Is가 감산되고, As·S0-Is=Ib에 의해 속도 기전압에 대응하는 유기 전류(Ib)가 산출된다.

즉, S0은 모터 인가 전압이며, 이것에 스케일링 팩터(As)를 승산함으로써, 유기 전류가 없는 경우에 있어서의 모터 전류 성분이 검출되므로, 앞으로 실제로 측정된 모터 전류를 감산함으로써 유기 전류(Ib)가 산출된다.

감산기(42)에 있어서 얻어진 유기 전류(Ib)는 증폭기(AMP)(44)에 있어서 증폭된 후, 디지털 로우 패스 필터(D-LPF)(46)에 있어서, 고주파 노이즈를 제거한다. 이 디지털 로우 패스 필터(46)에는 여자 타이밍 생성기(10)로부터 샘플링 클록이 공급되고 있다. 여자 속도는 명령에 기초하여 여자 타이밍 생성기(10)에서 생성되고 있으며, 이 여자 타이밍 생성기(10)가 샘플링 클록을 생성함으로써, 디지털 로우 패스 필터(46)의 컷오프 주파수를 여자 속도에 따라 변경하여 항상 적절한 것으로 설정할 수 있다.

디지털 로우 패스 필터(46)의 출력은 미분기(Div)(48)에 공급되고, 여기에서 미분값(Vb')이 출력된다. 또한, 미분기(48)에 의한 미분에 의해 위상이 90° 진행하게 된다.

미분기(48)의 출력은 동기 어긋남 검출기(50)에 공급된다. 이 동기 어긋남 검출기(50)에는 여자 타이밍 생성기(10)로부터 여자 속도 정보도 공급되고 있으며, 이들로부터 동기 어긋남을 검출한다.

또한, 디지털 로우 패스 필터(46)의 출력인 Vb와, 미분기(48)의 출력인 Vb'는 회전 속도 검출기(60)에 입력되고, 여기에서 회전수에 관한 FG 신호가 검출되어 출력된다.

또한, 디지털 로우 패스 필터(46)의 출력인 Vb와, 미분기(48)의 출력인 Vb'는 각각 제로 크로스 검출 회로(70, 72)에 입력되고, 각각의 제로 크로스 포인트가 검출되어, 검출 결과가 위상차 검출기(74)에 입력된다. 이 위상차 검출기(74)에는 여자 타이밍 생성기(10)로부터 서로 90°위상이 다른 2개의 여자 타이밍에 관한 신호(Tp0, Tz0)와, 계수 클록(CLK)이 공급되고 있다. 그리고, 모터 인가 전압과, 속도 기전압 성분(Vb, Vb')의 위상차가 검출된다.

「유기 전류(Ib)의 산출」

여기서, 이 유기 전류(Ib)의 산출에 대해 설명한다. 예를 들어, PM 동기 모터가 일정 회전수로 회전하는 정상 상태에 대해 dq축으로 동작을 해석하면 그 전압 방정식은, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Vd : d축 전압, Vq : q축 전압, r : 스테이터 권선 저항, id : d축 전류, iq : q축 전류, ω : 회전각 속도, Lq : q축 인덕턴스, Ld : d축 인덕턴스, φm : PM 로터의 자속이다.

이 수학식 1의 제2항이 속도 기전압 성분이며, 이것을 각 성분에 의해 고쳐 쓰면,

(모터의 스테이터 전류)=(단자 전압/스테이터 코일의 직류 저항(DCR) 성분)-(속도 기전압 성분/스테이터 코일의 DCR 성분)이 된다.

이것을 고쳐 쓰면,

(속도 기전압 성분/스테이터 코일의 DCR 성분)=단자 전압/스테이터 코일의 DCR 성분)-(모터의 스테이터 전류)

이다.

즉, 수학식 1의 우변 제1항은 속도 기전력이 제로인 경우의 스테이터 코일에 흐르는 전류이다.

스테이터가 직류 여자 상태에서, 정상 상태에 있을 때는 인덕턴스 DSE 성분의 영향은 없고, DCR 성분만으로 모터 인가 전압에 대한 전류가 결정된다. 따라서, 직류 여자 상태에서 검출된 직류 모터 전류값(Idc)과, 직류 여자 상태에서의 직류 인가 전압값(Vdc)을 동일하게 스케일링했을 때의 스케일링 팩터(As)를 모터 회전 운전 시의 단자 전압값(S0)에 적용하여 생성되는 전류값(Ss)으로부터 모터 회전 시에 검출된 전류값(Is)을 감산함으로써 속도 기전압 성분의 유기 전류값(iv)을 검출할 수 있다.

즉, Ib=As·S0-Is=Ss-Is이다. 여기서, Vdc와 S0의 스케일은 동일하며, SDc:S0=1:1이다. 또한, Ib는 1/DCR의 스칼라량이 승산되어 있지만, 벡터의 방향은 속도 기전압 성분(유기 전압 성분)을 나타내고 있다.

속도 기전압 성분은, 도 1에 기재된 구동 제어 회로에 한정되지 않고, 예를 들어, 도 11에 기재된 구동 제어 회로에 의해서도 검출할 수 있다. 도 11의 구동 제어 회로는, 도 1에 있어서의 ATTs 회로(38) 대신에 배치 위치가 다른 ATTs 회로(38')가 채용되고, 검출되는 신호가 속도 기전압인 점이 상이하다.

ATTs 회로(38')는 스케일링 팩터(As)를 기억하고, ADC(34)로부터 출력되는 Idc, Is에 승산하는 회로이다. 스케일링 시에는, As·Idc에 의해 직류 모터 전압(Vdc)이 얻어지고, 통상 여자 시에는 As·Is가 얻어진다.

「유기 전압(Vb)의 산출」

여기서, 이 유기 전압(Vb)의 산출에 대하여 설명한다. dq축으로 동작을 해석하면 그 전압 방정식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이 수학식 2의 제2항이 속도 기전압 성분이며, 이것을 각 성분으로 고쳐 쓰면,

(모터의 스테이터 전류)=(단자 전압/스테이터 코일의 저항 성분 R)-(속도 기전압 성분/저항 성분 R)이 된다. 또한, 저항 성분 R은 수학식 3으로 표현되는 성분이다.

이것을 고쳐 쓰면,

(속도 기전압 성분)=(단자 전압)-(모터의 스테이터 전류·저항 성분 R)

이다.

즉, 수학식 2의 우변 제1항은 「속도 기전력이 제로인 경우의 스테이터 코일에 흐르는 전류이다.

스테이터가 직류 여자 상태에서, 정상 상태에 있을 때는 인덕턴스 DSE 성분의 영향은 없고, 저항 성분 R만으로 모터 인가 전압에 대한 전류가 결정된다. 따라서, 직류 여자 상태에서 검출된 직류 모터 전류값(Idc)과, 직류 여자 상태에서의 직류 인가 전압값(Vdc)을 동일하게 스케일링했을 때의 스케일링 팩터(As)를 모터 회전 운전 시의 전류(Is)에 적용하여 생성되는 값(As·Is)을 단자 전압(S0)으로부터 감산함으로써 속도 기전압(V0)을 검출할 수 있다. 스케일링 팩터(As)의 적용 시에, 직류 게인으로 한 1차 진행 전달 함수를 가진 필터 처리를 행하는 것이 바람직하다. 즉 스케일링 팩터(As)가 모터의 스테이터의 인덕턴스 성분에 기초하여 결정된다.

「동기 어긋남의 검출」

도 2에는 동기 어긋남 검출기(50)의 구성이 도시되어 있다. 여자 타이밍 생성기(10)로부터의 여자 속도 정보는 가변 판정 임계값부(52)에 입력된다. 가변 판정 임계값부(52)는 여자 속도에 기초하여 판정 연속 시간과, 판정 임계값을 결정하여, 임계값 미만 연속 판정부(54)에 공급한다. 임계값 미만 연속 판정부(54)는 Vb'가 소정 범위 내에 일정 시간 이상 머물기 때문에 동기 어긋남을 검출한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, Vb'의 크기가 제로에 대하여 대칭으로 위치하는 임계값 +와 임계값 - 사이에 있는 경우에, 임계값 판정 신호로서 H 레벨을 발생시킨다. 그리고, 설정된 연속 시간이 지나도 임계값 판정 신호가 H 레벨인 상태에서의 경우에 동기 어긋남 검출 신호(Se)를 H 레벨로 한다. Vb'는 속도 기전압 성분인 Vb의 미분량이므로, 그 진폭 성분은 회전 속도에 비례한다. 또한, Vb'의 주파수는 회전수에 일치한다. 따라서, 여자 타이밍 생성기(10)로부터 그 시점에서의 여자 속도 정보를 얻어, 판정 임계값, 및 반전 연속 시간을 가변 판정 임계값부(52)가 적절한 것으로 결정한다.

「회전 속도 검출」

회전 속도 검출기(60)에서는, 모터의 회전에 동기하여, 서로 90° 위상이 다른 2개의 신호(Vb, Vb')로부터 회전 속도 신호(FG)를 생성한다. 이 때문에, Vb, Vb'는 히스테리시스 비교기(62, 64)에 각각 입력된다. 히스테리시스 비교기(62, 64)는, 도 5에 도시된 바와 같이 제로에 대하여 대칭으로 위치하는 임계값 +와 임계값 -를 갖고 있으며, 임계값 +를 초과하면 H 레벨을 출력하고, 임계값 -를 하회하면 L 레벨로 되돌아간다. 히스테리시스 비교기(62, 64)로부터는 90° 위상이 서로 다른 판정 신호(A, B)가 출력되고, 이것이 EX-OR 회로(66)에 입력된다. 따라서, EX-OR 회로(66)로부터 Vb, Vb'의 2배의 주파수인 FG 신호가 얻어진다. 또한, 임계값 +, 임계값 -는 상기 동기 어긋남 검출기(50)에 있어서 사용한 것을 그대로 이용하는 것이 바람직하다.

「위상차 검출」

위상차 검출기(74)는 Vb, Vb'의 제로 크로스 포인트로부터 구동 전압 위상과 속도 기전압의 위상차를 검출한다. 이 동작에 대하여 도 6에 기초하여 설명한다. 여자 타이밍 생성기(10)는 모터(20)의 2개의 코일(22, 24)에 대하여, 90° 위상이 서로 다른 구동을 행하기 위해, 2개의 모터 인가 전압 제어를 위한 신호를 갖고 있다. 이것이 Tp0와 Tz0의 2개의 신호이며, 모터 인가 전압에 동기하여 그 2배의 주파수의 신호이다(FG 신호와 동일 주파수). 한편, 위상차 검출기(74)에는 Vb의 제로 크로스에 관한 신호(Tz)와, Vb'의 제로 크로스에 관한 신호(Tp)도 공급되고 있다.

그리고, 위상차 검출기(74)에서는, 2개의 카운터를 갖고 있으며, Tz0의 하강으로부터 Tz의 하강까지와, Tp0의 하강으로부터 Tp의 하강까지를 카운트한다. 이에 의해, 2개의 카운터에는 C0, C1이 카운트값으로서 발생되고, 이 Tz, Tp의 하강의 시점에서, 그때의 카운트값이 Cout0, Cout1로서 얻어진다.

여기서, 검출 회로에는 오프셋이 있으므로, 상술한 바와 같이 하여 얻어진 카운트값(Cout0, Cout1)에 대하여, 소정의 상수(Pc)를 감산하여, 모터 인가 전압과, 속도 기전력의 위상차를 얻을 수 있다.

모터 인가 전압에 대한 속도 기전력의 위상은, 모터 인가 전압에 따라 변동한다. 위상차 검출 회로(74)가 출력하는 위상차 정보를 나타내는 신호(Pp, Pz)는 ATT 회로(14)에 출력된다. ATT 회로(14)는 신호(Pp, Pz)에 기초하여 진폭 조정의 처리를 행한다. 따라서, 이 속도 기전력의 위상을 적절한 것으로 제어함으로써, 구동 전력의 최적화 제어를 행할 수 있다.

「다른 실시 형태」

도 7에는 다른 실시 형태가 도시되어 있다. 이 예에서는, H 브리지 드라이버(18)의 출력인 모터 인가 전압을 검출하기 위한 차동 증폭기(80)를 갖고 있다. 따라서, 직류 인가 전압(Vdc), 모터 인가 전압(S0)은, 이 차동 증폭기(80)의 출력으로 얻어진다. 그리고, 감산기(42)에 의한 감산 처리, Ib=As·S0-Is나, 비교 조정기(40)에 검출되는 As도 아날로그 신호의 상태에서 행해진다.

그리고, 감산기(42)의 출력이 증폭기(44)를 거쳐 ADC에 공급되고, Ib가 디지털 데이터로 변환되어, 그 후의 처리에 제공된다.

도 8은 도 1에 대응하는 실시 형태이며, 차동 증폭기(30)의 출력에 관한 로우 패스 필터에 스위치드 캐패시터로 구성한 로우 패스 필터(30a)를 채용하고 있다. 스위치드 캐패시터 필터는, 그 동작 클록에 의해 컷오프 주파수를 변경할 수 있다. 이로 인해, 모터 구동의 주파수에 따라, 동작 클록을 변경하여 항상 컷오프 주파수를 최적의 것으로 제어하는 것이 용이하다.

도 9는 도 7에 대응하는 실시 형태이며, 차동 증폭기(30, 80)의 로우 패스 필터로서, 스위치드 캐패시터로 구성한 로우 패스 필터(30a, 80a)를 채용하고 있다.

「H 브리지 드라이버(18)의 구성」

도 10에는 H 브리지 드라이버(18)의 일부와 모터(20)의 1개의 코일(22(24))의 구성을 도시한다.

이와 같이, 전원과 접지 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 오프로 함으로써, 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 구동시킨다.

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

「실시 형태의 효과」

이와 같이 하여, 각 실시 형태에 따르면, 정상 운전 시에는 연속하여 유기 전류(Ib)를 얻을 수 있다. 이로 인해, 얻어진 Ib로부터 유기 전류의 위상을 검출할 수 있다. 또한, 모터 인가 전압은 알고 있으므로, 모터 인가 전압과 유기 전류의 위상차를 검출하면, 스테핑 모터의 인가 전압을 적절한 것으로 제어하여 스테핑 모터의 고효율 제어에 이용할 수 있다. 또한, 위상차를 검출함으로써 진각 제어도 행할 수 있다. 또한, 유기 전류(Ib)의 변화가 소정 이하인 것에 의해, 탈조(脫調)를 검출할 수도 있다.

또한, 유기 전류(Ib)(또는 속도 기전압(Vb)) 및 이것과 90° 위상이 서로 다른 Ib의 미분(Ib')(또는 Vb')의 논리 연산에 의해 FG 신호를 작성하고, 이 FG 신호의 카운트에 의해 회전 속도를 검출할 수 있다.

또한, 2개의 코일의 위상차는 알고 있어, 2개의 코일에 관한 Ib과 Ib'를 비교함으로써, 양자가 어떻게 위치할지로 회전 방향도 검출할 수 있다. 또한, 상술한 실시 형태에서는 Ib, Ib'가 아니고, Vb, Vb'를 사용하고 있다. 그러나, Ib, Ib'와 Vb, Vb'는 비례 관계이며, 위상차 검출, 회전 속도 검출에 대해, 진폭은 관계 없으므로, 마찬가지의 검출을 행할 수 있다. 또한, Vb, Vb'는, As를 Ib, Ib'에 승산함으로써 얻어진다. 증폭기(44)에 있어서, 이 As의 승산이 행해져, Vb가 얻어진다.

10 : 여자 타이밍 생성기
12 : 여자 진폭 생성기
14 : ATT 회로
16 : PWM 회로
18 : H 브리지 드라이버
20 : 모터
22, 24 : 코일
26 : 로터
30, 80 : 차동 증폭기
30a, 80a : 로우 패스 필터
32 : 오프셋 조정기
36 : 부호 판정부
38 : ATTs 회로
40 : 비교 조정기
42 : 감산기
44 : 증폭기
46 : 디지털 로우 패스 필터
48 : 미분기
50 : 동기 어긋남 검출기
52 : 가변 판정 임계값부
54 : 임계값 미만 연속 판정부
60 : 회전 속도 검출기
62, 64 : 히스테리시스 비교기
66 : EX-OR 회로
70, 72 : 제로 크로스 검출 회로
74 : 위상차 검출기

Claims

동기 모터의 코일에의 인가 전압을 제어하는 모터 구동 제어 회로이며,
상기 동기 모터의 정상 회전 시에 있어서의 상기 코일에 흐르는 코일 전류를 검출하는 전류 검출기와,
상기 동기 모터의 정상 회전 시에 있어서의 상기 코일에의 인가 전압을 검출하는 전압 검출기와,
상기 코일 전류 또는 상기 인가 전압에, 미리 결정한 스케일링 팩터를 승산하는 승산기와,
상기 코일 전류의 성분과 상기 인가 전압의 성분의 차분을 산출하여 상기 동기 모터의 유기 전력에 따른 유기 전력 신호를 얻는 유기 전력 검출기와,
상기 유기 전력 신호에 기초하여, 상기 동기 모터에의 인가 전압을 제어하는 제어기를 갖는 모터 구동 제어 회로.
제1항에 있어서, 상기 스케일링 팩터를, 상기 동기 모터의 비회전 시에 있어서 검출한 인가 전압과 모터 전류의 비로부터 구하는 스케일링 팩터 검출기를 더 갖는 모터 구동 제어 회로.
제1항에 있어서, 상기 스케일링 팩터를, 상기 동기 모터의 비회전 시에 있어서 검출한 인가 전압과 모터 전류의 비와 상기 동기 모터의 스테이터의 인덕턴스 성분으로부터 구하는 스케일링 팩터 검출기를 더 갖는 모터 구동 제어 회로.
제1항에 있어서, 상기 유기 전력 신호와, 그 미분 신호의 논리 연산에 기초하여, 상기 동기 모터의 회전수에 따른 주파수의 회전 속도 신호를 얻는 회전 속도 신호 생성기를 더 갖는 모터 구동 제어 회로.
제1항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 유기 전력 신호와 상기 인가 전압의 위상차를 구하고, 구해진 위상차에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어 회로.