KR101257200B1

KR101257200B1 - 모터 구동 장치

Info

Publication number: KR101257200B1
Application number: KR1020110056402A
Authority: KR
Inventors: 즈또무 시마자끼; 아끼라 스즈끼; 즈요시 아라이
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2013-04-22
Also published as: US8860338B2; TW201223118A; US20110304285A1; KR20110135829A; EP2395654A2; JP2011259675A

Abstract

본 발명은, 액추에이터의 공진 주파수에 의하지 않고, 진동이 수렴될 때까지의 수렴 시간을 단축하며,
액추에이터를 구동하는 보이스 코일 모터에 공급되는 구동 전류의 목표값을 나타내는 디지털 신호인 목표 전류 신호 중, 상기 액추에이터의 공진 주파수를 포함하는 주파수 대역을 감쇠시키는 디지털 필터와, 상기 디지털 필터의 출력 신호를 아날로그 신호로 변환해서 전류 제어 신호로서 출력하는 디지털·아날로그 변환기와, 상기 전류 제어 신호에 따라서 상기 보이스 코일 모터에 상기 구동 전류를 공급하는 구동 회로를 갖는다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING APPARATUS}

본 발명은 모터 구동 회로에 관한 것이다.

하드 디스크 드라이브의 자기 헤드의 위치 결정을 행하는 액추에이터를 구동하는 리니어 모터로서, 영구 자석의 자계중의 코일에 전류를 흘림으로써 추력을 발생시키는 보이스 코일 모터가 일반적으로 알려져 있다. 또한, 최근, 휴대 전화기나 노트북형 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대 단말기에 카메라 모듈이 탑재되고, 모듈의 소형화를 위하여, 보이스 코일 모터를 사용해서 오토 포커스 제어나 광학 줌 제어 등을 행하는 것도 있다.

예를 들어, 특허 문헌1에서는, 가동부의 고유 진동 주기의 대략 자연수배의 기간에 보이스 코일 모터의 구동 전류를 일정한 구배로 변화시킴으로써 가동부의 진동을 적게 할 수 있는 액추에이터 구동 장치가 개시되어 있다.

이와 같이 하여, 보이스 코일 모터에 일정한 기울기에서 변화하는 램프 파형의 구동 전류를 공급함으로써, 액추에이터의 가동부의 위치를 빠르게 안정시킬 수 있다.

일본 특허 공개 제2008-178206호 공보

그러나, 액추에이터의 구성에 의해 가동부의 고유 진동 주기는 상이하고, 특허 문헌1의 액추에이터 구동 장치에서는, 고유 진동수(공진 주파수)가 낮을수록, 구동 전류를 경사지게 하는 기간을 길게 할 필요가 있다.

그로 인해, 액추에이터의 진동을 수렴하고, 가동부의 위치가 안정될 때까지의 수렴 시간이 길어져, 사용되는 모듈에 요구되는 응답 속도를 만족할 수 없는 경우도 있다.

전술한 과제를 해결하는 주된 본 발명은, 액추에이터를 구동하는 보이스 코일 모터에 공급되는 구동 전류의 목표 값을 나타내는 디지털 신호인 목표 전류 신호 중, 상기 액추에이터의 공진 주파수를 포함하는 주파수 대역을 감쇠시키는 디지털 필터와, 상기 디지털 필터의 출력 신호를 아날로그 신호로 변환해서 전류 제어 신호로서 출력하는 디지털·아날로그 변환기와, 상기 전류 제어 신호에 따라서 상기 보이스 코일 모터에 상기 구동 전류를 공급하는 구동 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 모터 구동 회로이다.

본 발명의 다른 특징에 대해서는, 첨부 도면 및 본 명세서의 기재에 의해 명확해진다.

본 발명에 따르면, 액추에이터의 공진 주파수에 의하지 않고, 진동이 수렴될 때까지의 수렴 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 모터 구동 회로의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는 측정 모드에 있어서의 전류 제어 신호 CNi 및 전압 Vvcm의 관계의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 3은 제어 모드에 있어서 디지털 필터(13)에 사용되는 노치 필터의 예를 도시하는 모식도이다.
도 4는 도 3에 도시한 각 노치 필터를 사용한 경우에 있어서의 전압 Vvcm의 일례를 도시하는 모식도이다.
도 5는 디지털 필터(13)에 사용되는 노치 필터의 다른 예를 도시하는 모식도이다.
도 6은 제어 모드에 있어서 디지털 필터(13)에 사용되는 저역 통과 필터의 예를 도시하는 모식도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 각 저역 통과 필터를 사용한 경우에 있어서의 전압 Vvcm의 일례를 도시하는 모식도이다.

본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해, 적어도 이하의 사항이 명확해진다.

===모터 구동 회로의 구성===

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 모터 구동 회로의 구성에 대해서 설명한다.

도 1에 나타내고 있는 모터 구동 회로(1)는, 마이크로컴퓨터(5)의 제어에 따라, 액추에이터를 구동하는 보이스 코일 모터(3)에 구동 전류 Ivcm을 공급하는 회로이며, 단자(21~23)를 구비한 집적 회로로서 구성되어 있다. 또한, 모터 구동 회로(1)는 제어 회로(11), 선택 회로(12) 디지털 필터(13), DAC(Digital-Analog Converter: 디지털·아날로그 변환기)(14), 구동 회로(15) 및 저항(16)을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 저항(16)은 단자(23)에 외부 접속되어 있어도 좋다. 바람직하게는, 모터 구동 회로(1)는 하나의 반도체 기판 위에 집적화해서 형성된다.

제어 회로(11)에는 단자(21)를 통하여, 마이크로컴퓨터(5)로부터 제어 정보 CON이 입력되어 있다. 또한, 제어 회로(11)로부터는 목표 전류 신호 TGi, 모드 선택 신호 SLm, 필터 선택 정보 SLf 및 주파수 설정 정보 STf가 출력되고 있다.

선택 회로(12)는 1입력 2출력의 멀티플렉서로 구성되어 있고, 선택 제어 입력에는, 모드 선택 신호 SLm이 입력되어 있다. 또한, 데이터 입력에는 목표 전류 신호 TGi가 입력되어 있다. 그리고, 당해 목표 전류 신호 TGi는 SLm=0 및 1에 대응하는 출력으로부터, 각각 DAC(14) 및 디지털 필터(13)에 입력되어 있다.

디지털 필터(13)에는 목표 전류 신호 TGi 이외에, 필터 선택 정보 SLf 및 주파수 설정 정보 STf가 입력되어 있다. 또한, 디지털 필터(13)로부터는 (필터링된) 목표 전류 신호 TGf가 출력되고 있다. 그리고, DAC(14)에는 목표 전류 신호 TGi 및 TGf가 입력되고, DAC(14)로부터는 전류 제어 신호 CNi가 출력되고 있다.

구동 회로(15)는, 예를 들어 연산 증폭기(151) 및 NMOS(N-channel Metal-Oxide Semiconductor:N 채널 금속 산화막 반도체) 트랜지스터(152)를 포함하여 구성되어 있다. 또한, 연산 증폭기(151)의 비반전 입력에는, 전류 제어 신호 CNi가 입력되고, 반전 입력은 NMOS 트랜지스터(152)의 소스에 접속되어 있다. 또한, NMOS 트랜지스터(152)의 드레인은 단자(22)에 접속되고, 소스는 저항(16)을 통해서 단자(23)에 접속되며, 게이트에는 연산 증폭기(151)의 출력 신호가 입력되어 있다. 그리고, 단자(22)에는 일단부가 전원 전위 VCC에 접속된 보이스 코일 모터(3)가 접속되고, 단자(23)는 접지 전위에 접속되어 있다.

===모터 구동 회로의 동작===

이어서, 본 실시 형태에 있어서의 모터 구동 회로의 동작에 대해서 설명한다.

제어 회로(11)는 마이크로컴퓨터(5)로부터 입력되는 제어 정보 INFcn에 기초하여, 목표 전류 신호 TGi, 모드 선택 신호 SLm, 필터 선택 정보 SLf 및 주파수 설정 정보 STf를 출력한다.

여기서, 목표 전류 신호 TGi는 보이스 코일 모터(3)에 공급되는 구동 전류 Ivcm의 목표값을 나타내는 디지털 신호다. 또한, 모드 선택 신호 SLm은 후술하는 측정 모드(제1 모드) 또는 제어 모드(제2 모드)를 선택하는 신호다. 또한, 모드 선택 신호 SLm은 SLm=0의 경우에 측정 모드를 나타내고, SLm=1의 경우에 제어 모드를 나타내는 것으로 한다.

또한, 필터 선택 정보 SLf 및 주파수 설정 정보 STf는 디지털 필터(13)의 특성을 설정하기 위한 정보이다. 구체적으로는, 필터 선택 정보 SLf는 디지털 필터(13)에 포함되는 복수의 필터로부터 1개를 선택하기 위한 정보이다. 한편, 주파수 설정 정보 STf는 디지털 필터(13)가 감쇠시키는 주파수 대역을 설정하기 위한 정보이다.

선택 회로(12)는 제어 회로(11)로부터 입력된 목표 전류 신호 TGi를, SLm=O (측정 모드)의 경우에는 DAC(14)에 공급하고, SLm=1(제어 모드)의 경우에는 디지털 필터(13)에 공급한다. 또한, 디지털 필터(13)는 목표 전류 신호 TGi 중, 주파수 설정 정보 STf에 의해 설정된 주파수 대역을 감쇠시키고, (필터링된)목표 전류 신호 TGf를 출력한다.

DAC(14)는 목표 전류 신호 TGi(SLm=O의 경우) 또는 TGf(SLm=1의 경우)을 아날로그 신호로 변환하고, 전류 제어 신호 CNi를 생성한다. 또한, 연산 증폭기(151)는 전류 제어 신호 CNi의 전압과, NMOS 트랜지스터(152) 및 저항(16)의 접속점의 전압 Vvcm을 비교하고, 또한, NMOS 트랜지스터(152)의 게이트 전압은 당해 비교 결과에 따라서 변화한다.

여기서, 저항(16)의 저항값을 R로 하면, 구동 전류 Ivcm은 전압 Vvcm=Ivcm×R로서 검출된다. 따라서, 구동 회로(15)는 전압 Vvcm을 전류 제어 신호 CNi의 전압과 동등해지도록 제어하고, 구동 전류 Ivcm의 전류값은 전류 제어 신호 CNi에 의해 나타내어지는 전류값이 되도록 제어된다.

이와 같이 하여, 모터 구동 회로(1)는 측정 모드에 있어서는 목표 전류 신호 TGi를, 제어 모드에 있어서는 목표 전류 신호 TGf를, 각각 아날로그 신호로 변환해서 전류 제어 신호 CNi를 생성한다. 그리고, 당해 전류 제어 신호 CNi에 따라서 보이스 코일 모터(3)에 구동 전류 Ivcm을 공급한다.

===모터 구동 회로 및 액추에이터 동작의 구체예===

여기서, 측정 모드 및 제어 모드에 있어서의 모터 구동 회로 및 액추에이터 동작의 구체예에 대해서 설명한다.

우선, 도 2를 참조하여, 측정 모드에 있어서의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 측정 모드는 보이스 코일 모터(3)가 구동하는 액추에이터의 공진 주파수 fc를 측정하기 위한 모드이다.

측정 모드에 있어서, 제어 회로(11)는 제어 정보 INFcn에 기초하여, 목표 전류 신호 TGi로서 스텝 신호를 출력한다. 또한, 당해 목표 전류 신호 TGi는 선택 회로(12)를 통해서 DAC(14)에 공급되고, 아날로그 신호로 변환된다. 따라서, 도 2에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 전류 제어 신호 CNi의 전압은 스텝 형상으로 변화한다.

이 경우, 구동 회로(15)는 전압 Vvcm을 전류 제어 신호 CNi의 스텝 전압과 동일하게 제어하지만, 액추에이터의 가동부의 관성력과 스프링의 복원력에 의해, 도 2에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 전압 Vvcm은 진동하여 점차 수렴된다. 또한, 액추에이터도 마찬가지로 진동하고, 가동부의 변위 x는 목표 전류 신호 TGi에 대응하는 목표 위치에 점차 수렴된다. 그리고, 변위 x를 측정하고, 당해 측정 데이터를 스펙트럼 해석함으로써, 공진 주파수 fc를 구할 수 있다. 또한, 구동 전류 Ivcm 또는 전압 Vvcm을 측정하고, 당해 측정 데이터로부터 공진 주파수 fc를 구해도 좋다.

이어서, 도 3 내지 도 7을 적절히 참조하여, 제어 모드에 있어서의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 제어 모드는 마이크로컴퓨터(5)의 제어에 따라 액추에이터를 구동하기 위한 모드이다.

제어 모드에 있어서, 제어 회로(11)는 제어 정보 INFcn에 기초하여, 액추에이터의 가동부의 목표 위치에 따라서 스텝 형상으로 변화하는 목표 전류 신호 TGi를 출력한다. 또한, 이하에 있어서는, 측정 모드에 있어서의 동작과의 비교를 위해, 목표 전류 신호 TGi로서, 측정 모드와 동일한 스텝 신호를 출력했을 경우에 대해서 설명한다.

또한, 당해 목표 전류 신호 TGi는 선택 회로(12) 및 디지털 필터(13)를 통하여, 목표 전류 신호 TGf로서 DAC(14)에 공급되고, 아날로그 신호로 변환된다. 따라서, 제어 모드에 있어서는, 구동 회로(15)는 디지털 필터(13)에 의해 필터링된 전류 제어 신호 CNi에 따라, 보이스 코일 모터(3)에 구동 전류 Ivcm을 공급하는 것이 된다.

여기서, 디지털 필터(13)로서는, 노치 필터, 저역 통과 필터 등이 사용된다. 본 실시 형태에서는, 일례로서 디지털 필터(13)는 각각 특성이 다른 노치 필터 및 저역 통과 필터를 포함하는 것으로 하고, 필터 선택 정보 SLf에 따라서 1개를 선택하는 것으로 한다. 또한, 디지털 필터(13)는 측정 모드에 있어서 미리 측정된 공진 주파수 fc에 따른 주파수 설정 정보 STf에 기초하여, 감쇠시키는 주파수 대역을 설정한다.

도 3은 디지털 필터(13)에 포함되는 2개의 노치 필터 NF1(점선) 및 NF2(실선)의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 노치 필터 NF1 및 NF2는 모두 공진 주파수 fc를 중심으로 하는 주파수 대역을 감쇠시켜, 서로 노치 폭 및 노치 깊이가 상이하다.

도 4는 노치 필터 NF1(점선) 및 NF2(실선)을 사용한 경우에 있어서의 전압 Vvcm의 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 4에 있어서는, 비교를 위해, 측정 모드에 있어서의 전압 Vvcm(도 2의 실선)을 일점쇄선으로 나타내고 있다. 따라서, 목표 전류 신호 TGi를 노치 필터 NF1 또는 NF2에 의해 필터링함으로써, 액추에이터의 진동이 억제되고, 진동이 수렴될 때까지의 수렴 시간이 단축되어 있다.

그런데, 도 2에 도시한 바와 같은 스텝 응답에 있어서의 진동에는, 공진 주파수 fc 이외에, 그 홀수배의 주파수 성분도 포함되어 있다. 따라서, 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이, 공진 주파수 fc 이외에, 3fc 및 5fc를 중심으로 하는 주파수 대역을 감쇠시키는 노치 필터를 사용하여, 액추에이터의 진동을 더 억제함으로써, 수렴 시간을 더욱 단축할 수도 있다.

도 6은 디지털 필터(13)에 포함되는 2개의 저역 통과 필터 LPF1(점선) 및 LPF2(실선)의 주파수 특성의 일례를 나타내고 있다. 또한, 저역 통과 필터 LPF1 및 LPF2는 모두 공진 주파수 fc를 차단 주파수로 하고, LPF2은 LPF1을 2단 종속 접속한 것이다.

도 7은, 측정 모드에 있어서의 전압 Vvcm(일점쇄선) 및 저역 통과 필터 LPF1(점선) 및 LPF2(실선)을 사용한 경우에 있어서의 전압 Vvcm의 일례를 나타내고 있다. 따라서, 목표 전류 신호 TGi를 저역 통과 필터 LPF1 또는 LPF2에 의해 필터링함으로써 액추에이터의 진동이 억제되고, 진동이 수렴될 때까지의 수렴 시간이 단축되어 있다.

또한, 노치 필터를 사용함으로써, 저역 통과 필터를 사용한 경우보다 수렴 시간이 단축되어 있다. 한편, 노치 필터는 2차 필터로 되어 있는 것에 대해서, 저역 통과 필터는 1차 필터로 구성하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 모터 구동 회로(1)에 있어서, 디지털 필터(13)를 사용하여, 목표 전류 신호 TGi 중 액추에이터의 공진 주파수 fc를 포함하는 주파수 대역을 감쇠시켜, 필터링된 전류 제어 신호 CNi에 따라, 보이스 코일 모터(3)에 구동 전류 Ivcm을 공급함으로써, 액추에이터의 공진 주파수에 의하지 않고, 진동이 수렴될 때까지의 수렴 시간을 단축할 수 있다.

또한, 측정 모드에 있어서, 목표 전류 신호 TGi로 스텝 신호를 DAC(14)에 공급하고, 당해 스텝 응답에 있어서의 진동의 공진 주파수 fc를 미리 측정해 둠으로써, 제어 모드에 있어서, 당해 측정된 공진 주파수 fc에 따라, 디지털 필터(13)가 감쇠시키는 주파수 대역을 설정할 수 있다.

또한, 디지털 필터(13)로서, 노치 필터 또는 저역 통과 필터를 사용함으로써, 목표 전류 신호 TGi 중 액추에이터의 공진 주파수 fc를 포함하는 주파수 대역을 감쇠시킬 수 있다.

또한, 디지털 필터(13)가 노치 필터 또는 저역 통과 필터를 복수 포함함으로써, 액추에이터마다 최적의 특성의 필터를 선택해서 사용할 수 있다.

또한, 디지털 필터(13)로서, 노치 필터를 사용하는 경우에, 공진 주파수 fc 이외에, 그 홀수배의 주파수 성분을 감쇠시킴으로써 수렴 시간을 더욱 단축할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명을 한정해서 해석하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 동시에, 본 발명에는 그 등가물도 포함된다.

상기 실시 형태에서는, 구동 회로(15)는 NMOS 트랜지스터(152)에 의해 구동 전류 Ivcm을 제어하고 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 모터 구동 회로(1)의 구동 회로는 PMOS(P-channel MOS: P 채널 금속 산화막 반도체) 트랜지스터를 사용하고, 도 1에 나타낸 구동 회로(15)에 대하여, 전원 전위 VCC 및 접지 전위의 극성을 반전시킨 구성으로 할 수도 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 측정 모드에 의해 보이스 코일 모터(3)가 구동하는 액추에이터의 공진 주파수 fc를 측정하고 있었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 측정 모드를 갖지 않아도 좋다.

1: 모터 구동 회로
3: 보이스 코일 모터
5: 마이크로컴퓨터
11: 제어 회로
12: 선택 회로
13: 디지털 필터
14: DAC(디지털·아날로그 변환기)
15: 구동 회로
16: 저항
21~23: 단자
151: 연산 증폭기
152: NMOS(N 채널 금속 산화막 반도체) 트랜지스터

Claims

액추에이터를 구동하는 보이스 코일 모터에 공급되는 구동 전류의 목표값을 나타내는 디지털 신호인 목표 전류 신호 중, 상기 액추에이터의 공진 주파수를 포함하는 주파수 대역을 감쇠시키는 디지털 필터와,
상기 디지털 필터의 출력 신호를 아날로그 신호로 변환해서 전류 제어 신호로서 출력하는 디지털·아날로그 변환기와,
상기 전류 제어 신호에 따라 상기 보이스 코일 모터에 상기 구동 전류를 공급하는 구동 회로를 갖고,
상기 디지털 필터는 상기 공진 주파수를 중심으로 하는 주파수 대역을 감쇠시키는 노치 필터 및 상기 공진 주파수 이상의 주파수 대역을 감쇠시키는 저역 통과 필터이며,
상기 노치 필터는, 상기 공진 주파수의 홀수배의 주파수를 중심으로 하는 주파수 대역을 추가로 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
제1항에 있어서, 모드 선택 신호에 따라, 상기 목표 전류 신호로서 스텝 신호가 입력되고, 당해 스텝 신호를 상기 디지털·아날로그 변환기에 공급하는 제1 모드, 또는 입력된 상기 목표 전류 신호를 상기 디지털 필터에 공급하는 제2 모드를 선택하는 선택 회로를 더 갖고,
상기 디지털·아날로그 변환기는 상기 제1 모드에 있어서는, 상기 스텝 신호를 아날로그 신호로 변환해서 상기 전류 제어 신호로서 출력하고,
상기 디지털 필터는, 상기 제2 모드에 있어서는, 상기 제1 모드에 있어서 미리 측정된 상기 공진 주파수에 따라 감쇠시키는 주파수 대역이 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
삭제
제2항에 있어서, 입력되는 제어 정보에 기초하여, 상기 목표 전류 신호 및 상기 모드 선택 신호를 상기 선택 회로에 공급하는 제어 회로를 더 갖고,
상기 제어 회로는 상기 제어 정보에 기초하여, 상기 디지털 필터에 포함되는 복수의 필터로부터 1개를 선택하기 위한 필터 선택 정보 및 상기 감쇠시키는 주파수 대역을 설정하기 위한 주파수 설정 정보를 상기 디지털 필터에 공급하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
삭제
제4항에 있어서, 적어도 상기 디지털 필터, 상기 디지털·아날로그 변환기 및 상기 구동 회로는 하나의 반도체 기판 위에 집적화해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.