JP2011010394A

JP2011010394A - ドライバ回路

Info

Publication number: JP2011010394A
Application number: JP2009149052A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 隆司小川; Tsutomu Murata; 勉村田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13
Also published as: TW201101673A; KR20100138786A; US20100320985A1; US8283885B2; CN101931356A; CN101931356B; KR101106841B1

Abstract

【課題】駆動制御信号を効果的に得る。
【解決手段】回転状態信号に対し、オフセット制御回路３２において、オフセットを付加する。回転状態信号に対し基準値に近づく側に所定のオフセット量を加算した加算信号の１つの方向からの１回目の基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し基準値から戻る方向に前記オフセット量を加算し、得られた加算信号について前記１つの方向の２度目の基準値を検出した際についてはそのままとし、加算信号が１つの方向と反対方向から基準値に至るもう１つの方向からの１回目の基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し基準値に近づく側に前記オフセット量を加算するという処理を繰り返し、回転状態信号にオフセットを付加して加算信号を得、得られた加算信号の、前記２度目の基準値と、その次の基準値との間で、前記正弦波状信号に比べて、所定期間だけ減少された期間の駆動制御信号を作成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転状態を示す正弦波状の回転状態信号に基づいて、駆動制御信号を作成するドライバ回路に関する。

モータには各種のものがあるが、位置を正確に決定できるモータの代表的なものとしてステッピングモータがあり、各種の装置において広く利用されている。例えば、カメラの焦点合わせ、手ぶれ補正や、工作機械の位置決めなどが挙げられる。

このステッピングの駆動は、通常２つのステータコイルへの電流位相で、ロータの回転位置を変更することで行われる。

特開２００６−２８８０５６号公報特開平８−３７７９８号公報

ここで、電気機器における消費電力はなるべく小さくしたいという要求がある。特に、バッテリ駆動の携帯機器などではその要求が大きい。ここで、ステッピングモータの駆動において、２つのコイルに供給する電流は、９０度位相が異なり、一方のコイル電流が０度、１８０度近辺では、他方のコイルに十分な電流が流れており、０度、１８０度近辺の電流は、モータ駆動にあまり寄与しない。そこで、モータ駆動電流の０度、１８０度近辺の電流をカットする通電方法が提案されている。例えば、０度、１８０度近辺の３０度について通電をカットする通電方法は、１５０度通電と呼ばれている。

このような１５０度通電を行うためには、そのための信号発生のための回路が必要となる。この回路もなるべく簡略化したいという要求がある。

本発明は、モータの回転状態を示す正弦波状の回転状態信号に基づいて、駆動制御信号を作成するドライバ回路であって、前記回転状態信号に対し基準値に近づく側に所定のオフセット量を加算した加算信号の１つの方向からの１回目の前記基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し前記基準値から戻る方向に前記オフセット量を加算し、得られた加算信号について前記１つの方向の２度目の前記基準値を検出した際についてはそのままとし、加算信号が前記１つの方向と反対方向から前記基準値に至るもう１つの方向からの１回目の前記基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し前記基準値に近づく側に前記オフセット量を加算するという処理を繰り返し、回転状態信号にオフセットを付加して加算信号を得、得られた加算信号の、前記２度目の前記基準値と、その次の前記基準値との間で、前記回転状態信号に比べて、所定期間だけ減少された期間の駆動制御信号を作成することを特徴とする。

また、加算信号が正側のときと、加算信号が負側のときとを別の駆動制御信号として発生することが好適である。

本発明によれば、比較的簡単な回路で、通電時間を減少した駆動制御信号を得ることができる。

全体構成を示すブロック図である。出力回路の構成例を示す図である。加算信号の例を示す図である。出力制御回路の構成例を示す図である。出力制御回路の各部の信号波形を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、全体構成を示す図であり、システムは、ドライバ１００と、モータ２００とから構成される。入力信号は、ドライバ１００に入力され、ドライバ１００が入力信号に応じた駆動電流をモータ２００に供給する。これによって、モータ２００の回転が入力信号に応じて制御される。

ここで、ドライバ１００は、コンパレータ１０を有しており、モータ２００に設けられたホール素子３０からのロータ位置に応じた回転状態信号がオフセット制御回路３２を介し、コンパレータ１０の一端に供給される。すなわち、オフセット制御回路３２は、回転状態信号に所定のオフセット値を加算し、上下方向に交互にシフトした加算信号を得る。そして、この加算信号がコンパレータ１０の一端に供給される。コンパレータ１０の他端には、ゼロ電圧（基準値電圧）が供給されており、コンパレータ１０は加算信号がゼロ（基準値）に至ったことを検出する。

コンパレータ１０の出力は、出力制御回路１２に供給される。出力制御回路１２は、コンパレータ１０の出力信号に応じて所定周波数の駆動波形（位相）を決定するとともに、駆動制御信号（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２）がＰＷＭ駆動制御される事によって、駆動電流の振幅が決まる。そして、作成した駆動制御信号を出力回路１４に供給する。

出力回路１４は、複数のトランジスタから構成され、これらのスイッチングによって電源からの電流を制御してモータ駆動電流を発生し、これをモータ２００に供給する。

図２には、出力回路１４の一部とモータ２００の１つのコイル２２（２４）の構成を示す。このように、電源とアースの間に２つのトランジスタＱ１，Ｑ２の直列接続からなるアームと、２つのトランジスタＱ３，Ｑ４の直列接続からなるアームが設けられており、トランジスタＱ１，Ｑ２の中間点と、トランジスタＱ３，Ｑ４の中間点との間にコイル２２（２４）が接続される。そして、トランジスタＱ１，Ｑ４をオン、トランジスタＱ２，Ｑ３をオフすることで、コイル２２（２４）に一方向の電流を流し、トランジスタＱ１，Ｑ４をオフ、トランジスタＱ２，Ｑ３をオンすることで、コイル２２（２４）に反対方向の電流を流し、コイル２２，２４を駆動する。

なお、このような回路が２つ設けられることで、２つのコイル２２，２４に供給する電流を個別に制御することができる。

モータ２００は、ステッピングモータであり、２つのコイル２２，２４とロータ２６を有している。２つのコイル２２，２４は、互いに電気角で９０度位置がずれて配置されており、従って、ロータ２６に対する磁界の方向もロータの中心角について互いに電気角で９０度ずれている。また、ロータ２６は、その極数に応じた数の永久磁石が設けられており、例えばＮ極とＳ極が対向する位置（互いに１８０度異なった位置）に配置されている。そして、２つのコイル２２，２４からの磁界に応じて安定する位置が決定される。

従って、ロータの回転角について９０度ずれた位置に配置された２つのコイルに互いに９０度位相の異なる交流電流を供給することで、その電流位相によりロータ２６を移動させ、回転することができる。また、特定の電流位相のタイミングで、電流位相の変化を停止することで、その時の電流位相に応じた位置にロータを停止することができる。このようにして、モータ２００の回転が制御される。

モータ２００には、ホール素子３０が設けられており、ロータ２６の永久磁石からの磁界に応じて、回転状態信号を発生する。上述のように、Ｎ，Ｓが１つずつの場合、ロータ２６の１回転が１周期となる正弦波が回転状態信号として得られる。

このホール素子３０からの回転状態信号は、オフセット制御回路３２に供給される。このオフセット制御回路３２は、回転状態信号を所定のオフセット量だけずらし、２つのゼロクロス間を例えば１５０度に設定するものである。

ここで、図３には、ゼロクロス間を１８０度から１２０度に変更する例が示されている。回転状態信号は、０度で０ガウス、９０度で＋６０ガウス、１８０度で０ガウス、２７０度で−６０ガウスに相当する電圧のサイン波である。従って、回転状態信号を３０ガウス相当の電圧だけゼロに近づけることで２つゼロクロス間が１２０度になる。そこで、−側において＋３０ガウス相当分加算した加算信号（回転状態信号が３０ガウス分ゼロに近づけられた信号）が１回目にゼロに至った時（回転状態信号の位相−３０度）に＋３０ガウスに代えて−３０ガウスの加算（３０ガウス分の減算）とする。これによって、６０ガウス分加算信号が−方向にシフトする。この例の場合、−６０ガウス分の加算は６０度分のシフトに相当するため、回転状態信号における位相の＋３０度において、加算信号は−側からの２度目のゼロに至る。そして、この２回目のゼロの場合には、−３０ガウス分の加算はそのままとして＋側に移る。次に、＋側からの１回目のゼロの時に、加算が＋３０ガウスに切り替えられる。このようにして、回転状態信号の位相３３０度（−３０度）のときにオフセット量が＋３０ガウスから−３０ガウスに切り替えられ、１５０度のときにオフセット量が−３０ガウスから＋３０ガウスに切り替えられ、これを繰り返すことで、加算信号の２回目のゼロから、次のゼロの間で１２０度の期間の信号を得ることができる。なお、加算するオフセット量を調整する（この場合には±１５ガウス相当分とする）ことで、１５０度などの期間の信号が得られる。

なお、コンパレータ１０の他端には、ホール素子３０のコモン電圧と同電位の電圧を基準として供給する構成としてもよい。このような構成にすることによって、ホール素子３０とコンパレータ１０とで用いられる基準値が等しくなり、コイル２２，２４への通電期間をより正確に設定することができる。

図４には、出力制御回路１２の構成例が示されており、図５には各部の信号波形が示されている。コンパレータ１０の出力（コンパレータ出力）は、回転状態信号を上述のようにして順次シフトした信号のゼロクロスを検出するものであり、この例は、図３と同様に、１２０度通電の例を示しており、コンパレータ出力は、回転状態信号の０〜３０度がＬレベル、３０〜１５０度がＨレベルになり、１５０〜１８０度がＬレベル、１８０〜２１０度がＨレベル、２１０〜３３０度がＬレベル、３３０〜３６０度がＨレベルの信号となる（図５（ｉ））。

このコンパレータ出力は、フリップフロップＦＦ１のＤ入力端に供給される。このフリップフロップＦＦ１のクロック入力端には、所定のクロックＣＬＫが供給されており、フリップフロップＦＦ１がコンパレータ１０の出力を順次保持することになる。クロックＣＬＫは、コンパレータ１０の出力の変化に比べ大きな周波数を有しているため、フリップフロップＦＦ１はコンパレータ１０の出力を所定の期間だけ遅れてそのまま取り込むことになる。フリップフロップＦＦ１の出力は、フリップフロップＦＦ２のＤ入力端に供給されており、このフリップフロップＦＦ２のクロック入力端にもクロックＣＬＫが供給されている。従って、このフリップフロップＦＦ２の出力は、フリップフロップＦＦ１の出力比べ、クロックＣＬＫの１周期だけ遅れた信号となる。フリップフロップＦＦ１の出力は反転されてアンドゲートＡＮＤ１に入力され、フリップフロップＦＦ２の出力はそのままアンドゲートＡＮＤ１に入力される。従って、このアンドゲートＡＮＤ１の出力は、コンパレータ１０の出力が立ち下がった時に、クロックＣＬＫの１周期分だけ立ち上がる信号となる。

すなわち、図５（ｉｉ）立ち下がり検出信号に示すように、コンパレータ出力の立ち下がり時にクロックＣＬＫの１周期だけ立ち上がる信号が、アンドゲートＡＮＤ１の出力に得られる。

また、アンドゲートＡＮＤ２には、フリップフロップＦＦ１の出力とフリップフロップＦＦ２の反転出力が入力されている。従って、このアンドゲートＡＮＤ２の出力には、図５（ｉｉｉ）立ち上がり検出信号に示すように、コンパレータ出力の立ち上がり時にクロックＣＬＫの１周期だけ立ち上がる信号が得られる。

クロックＣＬＫは、所定の分周された後、連続Ｈ／Ｌ検出部４０に入力される。この連続Ｈ／Ｌ検出部４０は、例えば、コンパレータ出力におけるＨレベルが６０度の期間連続したことでＨレベル、Ｌレベルが６０度の期間連続したときにＬレベルになる。従って、この例では、回転状態信号の９０度〜２７０度の期間がＨレベル、その他の半分の期間がＬレベルの信号が連続Ｈ／Ｌ検出部４０の出力となる（図５（ｉｖ））。

アンドゲートＡＮＤ１の出力は、フリップフロップＦＦ３のＤ入力端に供給され、アンドゲートＡＮＤ２の出力は、フリップフロップＦＦ４のＤ入力端に供給される。これらアンドゲートＡＮＤ１，ＡＮＤ２のクロック入力端には、クロックＣＬＫが供給されている。従って、これらフリップフロップＦＦ３，ＦＦ４にアンドゲートＡＮＤ１，ＡＮＤ２の出力が取り込まれる。フリップフロップＦＦ３，ＦＦ４の出力は、アンドゲートＡＮＤ３，ＡＮＤ４にそれぞれ入力される。アンドゲートＡＮＤ３の他入力端には、連続Ｈ／Ｌ検出信号がそのまま入力され、アンドゲートＡＮＤ４の他入力端には、連続Ｈ／Ｌ検出信号が反転して入力されている。従って、アンドゲートＡＮＤ３の出力には、立ち下がり検出信号の中の回転状態信号の０度に対応するパルスが除去され、１５０度、２１０度のパルスのみが残る。また、アンドゲートＡＮＤ４の出力では、立ち上がり検出信号の中の回転状態信号の１８０度に対応するパルスが除去され、３０度、３３０度のパルスのみが残る。

アンドゲートＡＮＤ３の出力は、ＳＲラッチ回路ＳＲ１のセット入力端に供給され、アンドゲートＡＮＤ４の出力は、ＳＲラッチ回路ＳＲ１のリセット入力端に供給される（図５（ｖ））。従って、図５（ｖｉ）に示すように、回転状態信号の３３０度でＨレベルになり、１５０度でＬレベルになるオフセット制御信号がＳＲラッチＳＲ１の出力に得られる。このＳＲラッチＳＲ１の出力は、オフセット制御回路３２に供給され、Ｈレベルの際に所定のオフセット値（３０ガウス分）だけ回転状態信号に加算し、Ｌレベルの際に所定のオフセット値（３０ガウス分）だけ回転状態信号から減算する切り替え制御に利用される。

アンドゲートＡＮＤ３，ＡＮＤ４の出力は、オアゲートＯＲ１に入力される。ＯＡゲートＯＲ１の出力には、３３０度、３０度、１５０度、２１０度の４つのパルスを有する両エッジ信号が得られる（図５（ｖｉｉ））。オフセット制御信号は、所定の遅延が施された後、フリップフロップＦＦ５のＤ入力端に供給される。このフリップフロップＦＦ５のクロック入力端には、オアゲートＯＲ１からの両エッジ信号が供給されており、フリップフロップＦＦ５の出力には回転状態信号の３０度でＨレベルになり、２１０度でＬレベルなる信号が得られる（図５（ｖｉｉｉ））。

このフリップフロップＦＦ５の出力は、ノアゲートＮＯＡ１及びアンドゲートＡＮＤ５に入力され、ノアゲートＮＯＡ１及びアンドゲートＡＮＤ５の他入力端には、ＳＲラッチＳＲ１の出力が供給されている。そこで、ノアゲートＮＯＡ１の出力には、３０〜１５０度の期間だけＨレベルとなる駆動制御信号ＯＵＴ１（図５（ｉｘ））、アンドゲートＡＮＤ５の出力には、２１０〜３３０度の期間だけＨレベルになる駆動制御信号ＯＵＴ２（図５（ｘ））が得られる。

そこで、駆動制御信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を出力回路１４に供給することによって、図２におけるトランジスタＱ１，Ｑ４、及びトランジスタＱ３，Ｑ２のオンオフを制御することで、上述したコイル２２（２４）の駆動電流制御が行われる。

なお、出力回路１４では、２つのコイル２２，２４に９０度位相が異なる信号を供給する必要がある。このためには、上述のような回路を２つ設ければよい。また、連続Ｈ／Ｌ検出部４０では、電気位相９０度分遅延させて信号を取り込んでいる。同様の回路を設けて、上述した駆動制御信号ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を９０度遅延させることで、他のコイル用の駆動制御信号を得てもよい。

また、図１においては、コイル２２に対向位置にホール素子３０を配置したため、コイル２２に同期した回転状態信号を得ることができるが、ホール素子３０の取付位置は必ずしも限定されない。さらに、上述のように、回転状態信号に加減算するオフセット量を調整することで、１５０度通電なども容易に行うことができる。

本実施形態の制御では、ゼロクロスを確実に検出する必要がある。そこで、上述のような制御は、回転が安定してから行うとよい。これによって、チャタリングの影響を防止し、また通電期間をほぼ所望の期間（例えば電気位相１５０度の期間）にできる。

１０コンパレータ、１２出力制御回路、１４出力回路、２２，２４コイル、２６ロータ、３０ホール素子、３２オフセット制御回路、４０連続Ｈ／Ｌ検出部、１００ドライバ、２００モータ。

Claims

モータの回転状態を示す正弦波状の回転状態信号に基づいて、駆動制御信号を作成するドライバ回路であって、
前記回転状態信号に対し基準値に近づく側に所定のオフセット量を加算した加算信号の１つの方向からの１回目の前記基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し前記基準値から戻る方向に前記オフセット量を加算し、得られた加算信号について前記１つの方向の２度目の前記基準値を検出した際についてはそのままとし、加算信号が前記１つの方向と反対方向から前記基準値に至るもう１つの方向からの１回目の前記基準値を検出した際に、前記回転状態信号に対し前記基準値に近づく側に前記オフセット量を加算するという処理を繰り返し、回転状態信号にオフセットを付加して加算信号を得、
得られた加算信号の、前記２度目の前記基準値と、その次の前記基準値との間で、前記回転状態信号に比べて、所定期間だけ減少された期間の駆動制御信号を作成することを特徴とするドライバ回路。
請求項１に記載のドライバ回路において、
加算信号が正側のときと、加算信号が負側のときとを別の駆動制御信号として発生することを特徴とするドライバ回路。