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発明の名称 モータ駆動装置および方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−104839(P2007−104839A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−293518(P2005−293518)
出願日 平成17年10月6日(2005.10.6)
代理人 【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
発明者 川本 直毅 / 藤中 洋
要約 課題
マイコンからの指令を必要とせず、PWM周期毎の一回一回のスイッチングにおいて、高速減衰と低速減衰の制御を自動調整することが可能なモータ駆動装置および方法を提供する。

解決手段
駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に基づいて駆動電力を生成する駆動部と、モータ電流の電流検出信号を生成する電流検出部と、モータ電流の目標信号を生成する目標信号生成部と、電流検出信号と目標信号とを比較し比較結果信号を生成する比較部とを有し、駆動部は、回生状態においてモータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と回生状態においてモータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、駆動信号生成部は、比較結果信号に基づいて駆動信号を制御し、回生状態において駆動部を高抵抗導通路と低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴としている。
特許請求の範囲
【請求項1】
モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する装置であって、
駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、
前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、
前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、
前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有し、
前記駆動手段は、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、
前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記駆動手段を、前記高抵抗導通路と前記低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴とする、モータ駆動装置。
【請求項2】
前記比較手段は、前記電流検出信号と前記目標信号との差分値を表す比較結果信号を生成し、
前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号を所定値と比較し、前記電流検出信号が前記目標信号よりも前記所定値以上の場合、前記駆動手段を前記高抵抗導通路に設定することを特徴とする、請求項1記載のモータ駆動装置。
【請求項3】
更に、前記給電状態の開始時点から所定期間を計時するタイマ部を含み、
前記駆動信号生成手段は、前記所定期間後の前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項1記載のモータ駆動装置。
【請求項4】
前記駆動信号生成手段と、前記駆動手段と、前記電流検出手段と、前記目標信号生成手段と、前記比較手段とを含む駆動処理手段をN(Nは2以上の整数)相分と、
N相の前記比較結果信号に基づいて、1個の2値情報を表す減衰選択信号を生成する論理処理手段とを備え、
前記N相の駆動信号生成手段は、前記減衰選択信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項1記載のモータ駆動装置。
【請求項5】
前記論理処理手段は、論理和回路であることを特徴とする、請求項4記載のモータ駆動装置。
【請求項6】
前記論理処理手段は、論理積回路であることを特徴とする、請求項4記載のモータ駆動装置。
【請求項7】
駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有するモータ駆動装置に利用する半導体集積回路であって、
N(Nは2以上の整数)相の前記駆動信号生成手段と、N相の前記駆動手段と、N相の前記目標信号生成手段と、N相の前記比較手段とを含むことを特徴とする、半導体集積回路。
【請求項8】
モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する方法であって、
駆動信号を生成するステップと、
前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成するステップと、
前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成するステップと、
前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成するステップと、
前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成するステップを有し、
前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させるステップと、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させるステップのいずれか一方のステップに設定することを特徴とする、モータ駆動方法。
【請求項9】
前記比較結果信号は、前記電流検出信号と前記目標信号との差分値を表し、
前記比較結果信号を所定値と比較し、前記電流検出信号が前記目標信号よりも前記所定値以上の場合、前記モータ電流を高速に減衰させるステップに設定することを特徴とする、請求項8記載のモータ駆動方法。
【請求項10】
更に、前記給電状態の開始時点から所定期間を計時するステップを含み、
前記所定期間後の前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項8記載のモータ駆動方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ駆動装置、特にステッピングモータ駆動装置において、より低騒音、低振動に駆動する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、DSC(Digital Still Camera:デジタル静止画カメラ、いわゆるデジカメ)やDVC(Digital Video Camera:デジタルビデオカメラ)といった動画撮影用電子機器における絞り、焦点、ズームなどの駆動制御に、位置制御が容易なステッピングモータが用いられている。動画撮影用電子機器に用いられるステッピングモータには、特に低騒音性及び低振動性が求められる。ステッピングモータが発する騒音は、機器の内蔵マイクに雑音として録音され、振動やぶれを生じさせ、画質を劣化させる恐れがあるからである。
【0003】
そのため、ステッピングモータの動作を低騒音化及び低振動化させる駆動技術が、開発されている。まず、ステッピングモータの駆動方式に関する従来例を、以下に説明する。図8は、特開2004−215385公報、及び特開2004−274880公報に説明されているステッピングモータ駆動装置の構成図である。
【0004】
図8において、20pは、駆動制御対象であるステッピングモータ、19ap、19bpは、ステッピングモータ20pのそれぞれA相、B相モータコイル、18ap、18bpは、それぞれA相、B相モータコイル19ap、19bpに駆動電力を供給するA相駆動処理部、B相駆動処理部である。B相駆動処理部18bpはA相駆動処理部18apと同一の構成になっており、A相駆動処理部18ap内の各要素は添字ap、B相駆動処理部18bp内の各要素は添字bpでそれぞれ表される。以降、本従来例では、A相駆動処理部18apについて構成および動作を説明するが、B相駆動処理部18bpについても同様に説明できるので、省略する。
【0005】
A相駆動処理部18apにおいて、1apは、回転位相信号S15apをトリガーとしてステップ状に増加し減少するステップ信号S1apを生成するステップ信号生成部、2apは、ステップ信号生成部1apから出力されるステップ信号S1apを平滑化する積分部、3apは、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すPWM基準信号S3apを生成する発振部、4apは、モータに電流を流す駆動部、41ap、42ap、43ap、44apは、駆動部4apを構成するトランジスタ、5apは、モータに流れる電流を検出する電流検出部、6apは、積分部2apの出力S2apと電流検出出力S5apとを比較する比較部、7aは、発振部3apからの出力と比較部6apからの出力を取り込むフリップフロップ、8apはフリップフロップ7aの出力S7aをもとに、駆動部4apのオン/オフのタイミングを制御する通電制御部、9apはマイコン10pからの指令を受け、通電制御部8apを制御し、モータ電流の減衰量を制御する減衰制御部である。10pはマイコンである。
【0006】
次に本従来例の動作について説明する。
図9に、従来のステッピングモータ駆動装置の各部の出力信号波形を示す。まず、ステップ信号生成部1apにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号S1apを生成する。ステップ信号S1apを、積分部2apにより平滑する。この平滑された積分部出力S2apが、モータ電流の実際の目標電流値となる。また、発振部3apは、所定周期のPWM基準信号S3apを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図9の時点T1pに相当する。PWM基準信号S3apは、フリップフロップ7apのセット端子に入力される。フリップフロップ7apの出力は、通電制御部8apに入力され、通電制御部8apによって駆動部4apのそれぞれのトランジスタを制御し、モータに電流を流す。これは図7の給電期間T2pに相当する。以降モータに電流を流すことを給電と呼ぶ。
【0007】
給電中のモータ電流の流れを図10Aに示す。図10Aに示すように、給電中、駆動部4apの各トランジスタ41ap、44apはオンし、各トランジスタ42ap、43apはオフした状態でモータコイルに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各トランジスタ42ap、43apはオンし、各トランジスタ41ap、44apはオフする状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ7apがセット優先であるため、PWM基準信号S3apのパルスエッジを起点に、毎周期ごとに決められた時間において確実に起こる。これは、モータ電流の誤検出を防ぐためである。上述した動作は図9の期間T3pに相当する。
【0008】
モータに電流が流れだすと、電流検出部5apにてモータ電流を検出し、その値S5apを出力する。目標電流値である積分部出力S2apの値と電流検出部5apの出力値S5apを比較部6apで比較する。電流検出部5apの出力値S5apが積分部2apの出力値S2apを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部6apはローを出力し、フリップフロップ7apのリセット端子に入力される。上述した動作は図9の時点T4pに相当する。フリップフロップ7apの出力S7apは、通電制御部8apに入力され、通電制御部によって駆動部4apのそれぞれのトランジスタを制御し、モータコイル19apへの電流供給を停止させる。このとき、モータコイル19apにより回生電流が流れる。これは図7の回生期間T5pに相当する。以降、電流回生時を回生と呼ぶ。PWM周期ごとに、この繰り返しでステッピングモータ20pの駆動制御を行っている。
【0009】
また、マイコン10pから減衰制御部9ap、9bpに信号を送ることで、回生時のモータ電流の傾きを調整することができる。マイコン10pから減衰制御用の信号が減衰制御部9apに送られると、減衰制御部9apはその信号から減衰状態を決定できる信号を通電制御部8apに送る。これにより、回生時、通電制御部8apが駆動部4apのそれぞれのトランジスタのゲート部を制御することで、減衰制御が可能となる。
【0010】
図10Bに回生時のモータコイル電流の流れの1例を示す。図10Bは回生時、駆動部4apのトランジスタ41ap、42apをオンにし、トランジスタ43ap、44apをオフにすることにより、同期整流をオンにした状態である。この時、モータコイル両端の電圧VLは、トランジスタ41ap、42apがオンしているため、ほとんどモータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分になる。そのため、モータコイル両端の電圧VLは小さい電圧となる。モータコイル電流の減衰の速さを表す傾きは、(モータコイル両端電圧VL)/(モータコイル抵抗値)で決まるため、モータコイル電流の傾きは小さいものになる。つまり、コイル電流の減衰が遅くなる状態である。以後、この状態を低速減衰と呼ぶ。
【0011】
図10Cに別の回生時のモータコイル電流の流れの1例を示す。図10Cは回生時、駆動部4apのトランジスタ41apをオンにし、トランジスタ42ap、43ap、44apをオフにして、回生電流が流れる状態を示している。この時、モータコイル両端の電圧VLは、一端はトランジスタがオンしているため、ほぼモータ電源電圧値がかかり、もう一端は回生電流を流し、寄生ダイオードがオンするため、(モータ電源電圧値)+(寄生ダイオード導通電圧)分かかる。つまり、モータコイル両端にかかる電圧VLは、(寄生ダイオード導通電圧)+(モータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分)になる。このモータコイル両端にかかる電圧VLは、先の低速減衰の時のモータコイル端電圧よりもはるかに大きい。つまり、モータコイル電流の傾きは大きく、コイル電流の減衰が速い状態である。以後、この状態を高速減衰と呼ぶ。
【0012】
図10Dに、給電時、低速減衰時、高速減衰時のそれぞれの状態において、通電制御部8apによって制御される駆動部4apの各トランジスタ41ap、42ap、43ap、44apの状態を示す。
【0013】
図11Aは、高速減衰が低速減衰より好ましい場合の波形図である。この場合、積分部2apの目標電流波形出力S2apより、電流検出部5apの実電流波形S5apが高い値にあり、高速減衰により実電流波形S5apを高速に下げて、目標電流波形S2apに近づけるように制御する。図11Bは図11Aとは逆で、低速減衰が高速減衰より好ましい場合の波形図である。この場合、積分部2apの目標電流波形出力S2apより電流検出部5apの実電流波形S5apが低い値にあり、低速減衰により実電流波形S5apの減衰を抑えて、目標電流波形S2apに近づけるように制御する。
【0014】
マイコン10に事前に、回転数に応じてどちらの減衰を選択するか、決められたプログラムを作成しておき、回転数に応じて、高速減衰、あるいは低速減衰を適切に選択する。例えば、1200PPS程度の速い回転数ならば、高速減衰を選択し、120PPS程度の遅い回転数時ならば、低速減衰を選択することで、より目標に近いモータ電流波形を得ることが可能となる。
【特許文献1】特開2004−215385号公報
【特許文献2】特開2004−274880号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
しかしながら、前述した従来のステッピングモータ駆動装置の構成では、マイコンにあらかじめプログラミングしておくため、回転速度によっては最適に減衰制御できない。
【0016】
例えば、図12Aに示すように、回転数の速い領域では1ステップの周期が短いため、目標電流波形に近づけるためには、速い減衰が好ましい。そのため、あらかじめ回転速度の速い領域では、高速減衰を選択していた。また、図12Bに示すように、回転速度の遅い領域では、1ステップの周期が長いため、目標電流波形に近づけるには、遅い減衰が好ましい。そのため、回転速度の遅い領域では、低速減衰を選択していた。しかし、図12Cに示すように、回転速度が速くもなく、遅くもない領域ではどちらの減衰制御も一長一短であり、減衰制御の最適化が難しいという課題を有していた。
【0017】
また、ステップ信号生成部1apから出力されるステップ信号値S1apによっても、高速減衰あるいは低速減衰それぞれに一長一短が存在する。例えば、同期整流をオンにした状態において、図13B、図13Cに示すように、ステップ信号生成部1apのステップ信号値S1apが高い場合S1pHには、モータコイルに流れる電流は大きく、モータコイル抵抗によって発生する電圧降下分VLの電圧も大きくなる。VL値が大きいため、回生電流の傾きも大きくなり、減衰量も大きくなる。あるいは、図13B、図13Dに示すように、ステップ信号生成部1apのステップ信号値S1apが低い場合S1pLには、モータコイルに流れる電流は小さく、モータコイル抵抗によって発生する電圧降下分VLの電圧は小さくなる。VL値が小さいため、回生電流の傾きも小さくなり、減衰量も小さくなる。このように、ステップ信号の電圧値S1apによっても、減衰制御の最適化が難しくなる領域も存在した。
【0018】
また、前述した従来のステッピングモータ駆動装置の構成では、マイコン10pからの指令を受けてからでないと、減衰制御できないため、PWM周期毎の一回一回のスイッチングによる減衰制御の選択が不可能という課題も有していた。
【0019】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、マイコンからの指令を必要とせず、PWM周期毎の一回一回のスイッチングにおいて、高速減衰と低速減衰の制御を自動調整することが可能なモータ駆動装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0020】
上記目的を達成するために本発明のモータ駆動装置は、モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する装置であって、駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有し、前記駆動手段は、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記駆動手段を、前記高抵抗導通路と前記低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴としている。
【0021】
また本発明の半導体集積回路は、駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有するモータ駆動装置に利用する半導体集積回路であって、N(Nは2以上の整数)相の前記駆動信号生成手段と、N相の前記駆動手段と、N相の前記目標信号生成手段と、N相の前記比較手段とを含むことを特徴としている。
【0022】
更に本発明のモータ駆動方法は、モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する方法であって、駆動信号を生成するステップと、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成するステップと、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成するステップと、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成するステップと、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成するステップを有し、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させるステップと、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させるステップのいずれか一方のステップに設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【0023】
本発明のモータ駆動装置および方法によれば、PWM周期毎にモータ電流の減衰量の切り替えを自動制御することが可能になり、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。尚、以下において実施の形態で記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
(第1の実施形態)
【0025】
図1は、本発明の第1の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図1において、20は、駆動制御対象であるステッピングモータ、19a、19bは、ステッピングモータ20のそれぞれA相、B相モータコイル、18a、18bは、それぞれA相、B相モータコイル19a、19bに駆動電力を供給するA相駆動処理部、B相駆動処理部である。B相駆動処理部18bはA相駆動処理部18aと同一の構成になっており、A相駆動処理部18a内の各要素は添字a、B相駆動処理部18b内の各要素は添字bでそれぞれ表される。以降、第1の実施形態では、A相駆動処理部18aについて構成および動作を説明するが、B相駆動処理部18bについても同様に説明できるので、省略する。
【0026】
16は、A相回転位相信号S15aを生成するA相回転位相信号生成部、24は、A相回転位相信号S15aの位相を90度シフトしB相回転位相信号S15bを生成する位相シフト部である。A相回転位相信号生成部16および位相シフト部24は、回転位相信号生成部15を構成する。
【0027】
A相駆動処理部18aにおいて、1aは、A相回転位相信号S15aをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号S1aを生成するステップ信号生成部、2aは、ステップ信号S1aを平滑化し目標信号S2aを生成する積分部である。ステップ信号生成部1aおよび積分部2aは、目標信号生成部21aを構成する。4aはモータに電流を流す駆動部、41a、42a、43a、44aは、駆動部4aを構成するスイッチング素子、5aは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号S5aを生成する電流検出部、6aは、電流検出信号S5aと目標信号S2aとを比較し比較結果信号S6aを生成する比較部である。3aは、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すPWM基準信号S3aを生成する発振部、7aは、PWM基準信号S3aと比較結果信号S6aに基づいて駆動部4aを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号S7aを生成するフリップフロップ部、8aは、駆動基準信号S7aに基づいて駆動部のオン/オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部3a、フリップフロップ部7a、および通電制御部8aは、駆動信号生成部17aを構成する。
【0028】
11aは、PWM基準信号S3aに基づいて動作するタイマ部、12aは、タイマ部11aにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号S6aを取り込み、減衰選択信号S12aとして出力するラッチ部である。タイマ部11aおよびラッチ部12aは、減衰選択部22aを構成する。9aは、減衰選択信号S12aに基づいてモータ電流の減衰量を制御する減衰制御信号S9aを生成し、通電制御部8aに出力するA相減衰制御部である。
【0029】
駆動部4aを構成する各スイッチング素子41aから44aには、MOSトランジスタ、バイポーラトランジスタ、またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等が使用できる。
【0030】
次に第1の実施形態の動作について説明する。ここで本発明のモータ駆動装置は、ステッピングモータ20にモータを駆動する駆動電力を供給し、モータから回生電力を受ける。駆動電力を供給する期間を給電期間、その時の状態を給電状態と呼ぶ。また回生電力を受ける期間を回生期間、その時の状態を回生状態と呼ぶ。
【0031】
図2は、第1の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部1aにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号S1aを生成する。このステップ信号S1aを、積分部2aにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号S2aとなる。発振部3aは、所定周期のPWM基準信号S3aを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図2の時点T1に相当する。PWM基準信号S3aは、フリップフロップ部7aのセット端子に入力される。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図2の給電期間T2に相当する。
【0032】
給電中のモータ電流の流れを図3Aに示す。図3Aに示すように、給電状態において、駆動部4aの各スイッチング素子41a、44aはオンし、各スイッチング素子42a、43aはオフした状態でA相モータコイル19aに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子42a、43aはオンし、各スイッチング素子41a、44aはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部7aがセット優先であるため、図2に示すようにPWM基準信号S3aのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間T3において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部5aにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【0033】
モータに電流が流れだすと、電流検出部5aにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号S5aを出力する。電流検出信号S5aと目標信号S2aは、比較部6aで比較される。電流検出信号S5aが目標信号S2aを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部6aの比較結果信号S6aはローとなる。比較結果信号S6aはフリップフロップ部7aのリセット端子に入力し、もし期間T3が終了しPWM基準信号S3aがハイになっていれば、フリップフロップ部7aはリセットされる。もし期間T3が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部7aはリセットされる。上述した動作は図2の時点T4に相当する。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル19aに回生電流が流れる。これは図2の回生期間T5に相当する。給電期間T2と回生期間T4の和として表されるPWMスイッチング周期ごとに、この繰り返しでステッピングモータ20の駆動制御を行う。
【0034】
ここで、PWM基準信号S3aがローになる時点T1を起点に給電期間が開始するが、時点T1と同時にタイマ部11aを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部11aのタイマ時間は、PWMスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、CRの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部6aの比較結果信号S6aをラッチ部12aに取り込む。
【0035】
A相減衰制御部9aにラッチ部12a出力の減衰選択信号S12aを送ることで、回生状態におけるモータ電流の傾きを調整することができる。ラッチ部12aから減衰選択信号S12aがA相減衰制御部9aに送られると、A相減衰制御部9aは減衰制御信号S9aを生成し、通電制御部8aに送る。これにより、回生状態において、通電制御部8aが駆動部4aの各スイッチング素子のゲート部を制御し、回生状態におけるモータ電流の減衰量を制御する減衰制御が可能となる。
【0036】
図3Bに、回生状態におけるモータコイル電流の流れの1例を示す。図3Bは回生状態において、駆動部4aの各スイッチング素子41a、42aをオンにし、各スイッチング素子43a、44aをオフにすることにより、同期整流をオンにする。この時、モータコイル19a両端の電圧VLは、各スイッチング素子41a、42aがオンしているため、ほとんどモータコイル19aに流れる電流とモータコイル19aの抵抗による電圧降下分になる。そのため、モータコイル19a両端の電圧VLは小さい電圧となる。モータコイル電流の減衰の速さを表す傾きは、(モータコイル両端電圧VL)/(モータコイル抵抗値)で決まるため、モータコイル電流の傾きは小さい。つまり、コイル電流の減衰が遅くなる。以後、このような状態を低速減衰状態と呼ぶ。また図3Bにおいてモータコイル電流が流れるルートを、低抵抗導通路と呼ぶ。
【0037】
図3Cに、別の回生状態におけるモータコイル電流の流れの1例を示す。図3Cは回生状態において、駆動部4aの各スイッチング素子41aをオンにし、各スイッチング素子42a、43a、44aをオフにして、回生電流が流れる状態を示している。この時、モータコイル両端の電圧VLは、一端はトランジスタがオンしているため、ほぼモータ電源電圧値がかかり、もう一端は回生電流を流し、寄生ダイオードがオンするため、(モータ電源電圧値)+(寄生ダイオード導通電圧)分がかかる。つまり、モータコイル両端にかかる電圧VLは、(寄生ダイオード導通電圧)+(モータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分)になる。このモータコイル両端にかかる電圧VLは、先の低速減衰状態の時のモータコイル端電圧よりもはるかに大きい。つまり、モータコイル電流の傾きは大きく、コイル電流の減衰は速くなる。以後、このような状態を高速減衰状態と呼ぶ。また図3Cにおいてモータコイル電流が流れるルートを、高抵抗導通路と呼ぶ。
【0038】
図3Dに、給電状態、低速減衰状態、高速減衰状態の各状態において、通電制御部8aによって制御される駆動部4aの各スイッチング素子41a、42a、43a、44aの状態を示す。駆動部4aの各スイッチング素子のオン/オフ状態が図3Dとなるように、駆動部4aを制御する駆動信号を設定すれば、モータコイル電流は、低抵抗導通路を流れる場合、低速減衰状態となり、高抵抗導通路を流れる場合、高速減衰状態となる。
【0039】
ここで目標信号S2aが、電流検出信号S5aより高い値であれば、比較部6aの比較結果信号S6aはハイである。図2の時点T6に示すように、比較結果信号S6aがハイの時は、目標電流値に対して、実電流値が低い状態と判断される。この場合、出来るだけ目標電流値に近づけるためには、電流ができるだけ緩やかに減衰する必要がある。そのため、電流の減衰量が少ない低速減衰状態を選択する。設定したタイマ時間後に比較結果信号S6aがハイの時には、タイマ時間後に減衰選択信号S12aはハイになり、減衰制御信号S9aもハイになる。これにより、通電制御部8aは、図3Dの低速減衰状態で示すように、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、回生状態において駆動部4aを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【0040】
また、目標信号S2aが、電流検出信号S5aより低い値であれば、比較部6aの比較結果信号S6aはローである。図2の時点T7に示すように、比較結果信号S6aがローの時は、目標電流値に対して、実電流値が高い状態と判断される。この場合、出来るだけ目標電流値に近づけるためには、電流ができるだけ急速に減衰する必要がある。そのため、電流の減衰量が大きい高速減衰状態を選択する。設定したタイマ時間後に比較結果信号S6aがローの時には、タイマ時間後に減衰選択信号S12aはローになり、減衰制御信号S9aもローになる。これにより、通電制御部8aは、図3Dの高速減衰状態で示すように、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、回生状態において駆動部4aを高速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が高いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択することが出来る。
【0041】
以上、第1の実施形態においては、A相回転位相信号S15aに基づいて、A相駆動処理部18aおよびA相減衰制御部9aが動作し、A相モータコイル19aにA相駆動電力が供給される。同様にして、A相回転位相信号S15aの位相を90度シフトしたB相回転位相信号S15bに基づいて、B相駆動処理部18bおよびB相減衰制御部9bが動作し、B相モータコイル19bにA相駆動電力とは90度位相のシフトしたB相駆動電力が供給される。ステッピングモータ20は、A相駆動電力とB相駆動電力を受けて、所定の回転速度で回転する。
【0042】
第1の実施形態における構成を半導体集積回路で実現する実施例としては、各駆動信号生成部17a、17bと、各駆動部4a、4bと、各目標信号生成部21a、21bと、各比較部6a、6bとを含む構成が可能である。各電流検出部5a、5bについては、高集積化のためには含めるべきであるが、チップコスト、汎用性等を考慮し、この半導体集積回路に外付けにする場合もある。
【0043】
このように第1の実施形態によれば、PWMスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部6aの出力により、高速あるいは低速どちらの減衰制御を行うかについて自動的に設定することができ、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
(第2の実施形態)
【0044】
図4は、本発明の第2の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図4において、20は、駆動制御対象であるステッピングモータ、19a、19bは、ステッピングモータ20のそれぞれA相、B相モータコイル、18a、18bは、それぞれA相、B相モータコイル19a、19bに駆動電力を供給するA相駆動処理部、B相駆動処理部である。B相駆動処理部18bはA相駆動処理部18aと同一の構成になっており、A相駆動処理部18a内の各要素は添字a、B相駆動処理部18b内の各要素は添字bでそれぞれ表される。以降、第2の実施形態では、A相駆動処理部18aについて構成および動作を説明するが、B相駆動処理部18bについても同様に説明できるので、省略する。
【0045】
16は、A相回転位相信号S15aを生成するA相回転位相信号生成部、24は、A相回転位相信号S15aの位相を90度シフトしB相回転位相信号S15bを生成する位相シフト部である。A相回転位相信号生成部16および位相シフト部24は、回転位相信号生成部15を構成する。
【0046】
A相駆動処理部18aにおいて、1aは、A相回転位相信号S15aをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号S1aを生成するステップ信号生成部、2aは、ステップ信号S1aを平滑化し目標信号S2aを生成する積分部である。ステップ信号生成部1aおよび積分部2aは、目標信号生成部21aを構成する。4aはモータに電流を流す駆動部、41a、42a、43a、44aは、駆動部4aを構成するスイッチング素子、5aは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号S5aを生成する電流検出部、6aは、電流検出信号S5aと目標信号S2aとを比較し比較結果信号S6aを生成する比較部である。3aは、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すPWM基準信号S3aを生成する発振部、7aは、PWM基準信号S3aと比較結果信号S6aに基づいて駆動部4aを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号S7aを生成するフリップフロップ部、8aは、駆動基準信号S7aに基づいて駆動部のオン/オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部3a、フリップフロップ部7a、および通電制御部8aは、駆動信号生成部17aを構成する。
【0047】
11aは、PWM基準信号S3aに基づいて動作するタイマ部、12aは、タイマ部11aにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号S6aを取り込み、ラッチ信号S12aとして出力するラッチ部である。タイマ部11aおよびラッチ部12aは、減衰選択部22aを構成する。
【0048】
13は、ラッチ部12a、13aのそれぞれのラッチ信号S12a、S12bを入力し、両信号の論理和を減衰選択信号S13として出力するOR回路である。OR回路13は、論理処理部23の第1の実施例である。9は、減衰選択信号S13に基づいてモータ電流の減衰量を制御する各減衰制御信号S9a、S9bを生成し、それぞれ通電制御部8a、8bに出力する減衰制御部である。
【0049】
次に第2の実施形態の動作について説明する。図5Aは、第2の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部1aにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号S1aを生成する。このステップ信号S1aを、積分部2aにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号S2aとなる。発振部3aは、所定周期のPWM基準信号S3aを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図5Aの時点T1に相当する。PWM基準信号S3aは、フリップフロップ部7aのセット端子に入力される。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図5Aの給電期間T2に相当する。
【0050】
給電中のモータ電流の流れを図3Aに示す。図3Aに示すように、給電状態において、駆動部4aの各スイッチング素子41a、44aはオンし、各スイッチング素子42a、43aはオフした状態でA相モータコイル19aに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子42a、43aはオンし、各スイッチング素子41a、44aはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部7aがセット優先であるため、図5Aに示すようにPWM基準信号S3aのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間T3において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部5aにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【0051】
モータに電流が流れだすと、電流検出部5aにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号S5aを出力する。電流検出信号S5aと目標信号S2aは、比較部6aで比較される。電流検出信号S5aが目標信号S2aを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部6aの比較結果信号S6aはローとなる。比較結果信号S6aはフリップフロップ部7aのリセット端子に入力し、もし期間T3が終了しPWM基準信号S3aがハイになっていれば、フリップフロップ部7aはリセットされる。もし期間T3が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部7aはリセットされる。上述した動作は図5Aの時点T4に相当する。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル19aに回生電流が流れる。これは図5Aの回生期間T5に相当する。給電期間T2と回生期間T4の和として表されるPWMスイッチング周期ごとに、この繰り返しで第1の実施形態と同様にステッピングモータ20の駆動制御を行う。
【0052】
ここで、PWM基準信号S3aがローになる時点T1を起点に給電期間が開始するが、時点T1と同時にタイマ部11aを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部11aのタイマ時間は、PWMスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、CRの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部6aの比較結果信号S6aをラッチ部12aに取り込む。
【0053】
ここで目標信号S2aが、電流検出信号S5aより高い値であれば、比較部6aの比較結果信号S6aはハイである。比較部6aの比較結果信号S6aおよび比較部6bの比較結果信号S6bにおいて、少なくともいずれか一方がハイの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号S12a、S12bの少なくともいずれか一方はハイになる。OR回路13は、少なくともいずれか一方の入力がハイとなり、OR回路13出力の減衰選択信号S13はハイとなるため、各減衰制御信号S9a、S9bもハイになる。これにより、各通電制御部8a、8bは、図3Dの低速減衰状態で示すように、各駆動部4a、4bの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部4a、4bを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【0054】
逆に各比較結果信号S6a、S6bのいずれもローの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号S12a、S12bのいずれもローになる。OR回路13は、いずれの入力もローとなり、OR回路13出力の減衰選択信号S13はローとなるため、各減衰制御信号S9a、S9bもローになる。これにより、各通電制御部8a、8bは、図3Dの高速減衰状態で示すように、各駆動部4a、4bの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部4a、4bを高速減衰状態にする。
【0055】
各比較結果信号S6a、S6bのいずれか一方がハイになる状態は、図5Bのような場合に顕著に起こりやすい。図5Bは、モータ駆動装置のA相、B相のそれぞれのモータ電流波形図である。A相、B相は互いに90度の位相でずれている。一方の電流波形が頂点付近にある時は、他の一方の電流波形はゼロ近辺になる。例えばA相モータ電流が頂点付近にあるということは、ステップ信号S1aが高い値であり、電流量も多い。このため、モータコイル両端の電圧VLは大きくなり、電流の減衰の傾きは大きくなる。また、B相モータ電流はゼロ付近にあり、ステップ信号S1bが低い値であり、電流量は少ない。このため、モータコイル両端の電圧VLは小さくなり、電流の減衰の傾きは小さくなる。前述したように、各比較結果信号S6a、S6bのいずれか一方でもハイの場合、減衰選択信号S13はハイとなり、各減衰制御信号S9a、S9bもハイになる。これにより、通電制御部8a、8bは、それぞれ駆動部4a、4bが回生状態において低速減衰を行うように制御する。その結果、モータ電流が頂点付近にある場合においては、電流の減衰の傾きを目標とする電流波形に近づけることができる。
【0056】
ここで、第2の実施形態では例としてOR回路13を用いているが、論理処理部23としてはOR回路でなくとも、2つの入力の少なくともいずれか一方がハイの場合、ハイを出力する論理回路であれば良い。
【0057】
このように、A相、B相の両方とも、あるいは、A相、B相のどちらか一方が、目標電流値に対して、実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、PWMスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択する。また、A相、B相の両方とも、目標電流値に対して、実電流値が高いと判断されると
出来るだけ目標電流値に近づけるため、PWMスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択する。
【0058】
この第2の実施形態のモータ駆動装置の利点は、第1の実施形態のモータ駆動装置ではA相、B相の各相に必要であった減衰制御部が一つあれば良いという点である。簡単な回路の追加で、減衰制御部を1相分削減できることは、面積的にもコスト的にもメリットがある。また、モータ電流頂点付近の電流波形をより目標電流波形に近づけることが可能である。この第2の実施形態は、特にモータ電流波形がゼロ付近で目標電流値からずれない時に有用である。
【0059】
第2の実施形態によると、マイコンからの制御信号なしに、かつ、1相分の減衰制御部のみで、PWMスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部出力の値から、減衰制御を自動的に行うことができ、モータ電流の頂点付近を特に、より目標電流に近づけた電流の形成が可能となる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
(第3の実施形態)
【0060】
図6は、本発明の第3の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図6において、20は、駆動制御対象であるステッピングモータ、19a、19bは、ステッピングモータ20のそれぞれA相、B相モータコイル、18a、18bは、それぞれA相、B相モータコイル19a、19bに駆動電力を供給するA相駆動処理部、B相駆動処理部である。B相駆動処理部18bはA相駆動処理部18aと同一の構成になっており、A相駆動処理部18a内の各要素は添字a、B相駆動処理部18b内の各要素は添字bでそれぞれ表される。以降、第3の実施形態では、A相駆動処理部18aについて構成および動作を説明するが、B相駆動処理部18bについても同様に説明できるので、省略する。
【0061】
16は、A相回転位相信号S15aを生成するA相回転位相信号生成部、24は、A相回転位相信号S15aの位相を90度シフトしB相回転位相信号S15bを生成する位相シフト部である。A相回転位相信号生成部16および位相シフト部24は、回転位相信号生成部15を構成する。
【0062】
A相駆動処理部18aにおいて、1aは、A相回転位相信号S15aをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号S1aを生成するステップ信号生成部、2aは、ステップ信号S1aを平滑化し目標信号S2aを生成する積分部である。ステップ信号生成部1aおよび積分部2aは、目標信号生成部21aを構成する。4aはモータに電流を流す駆動部、41a、42a、43a、44aは、駆動部4aを構成するスイッチング素子、5aは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号S5aを生成する電流検出部、6aは、電流検出信号S5aと目標信号S2aとを比較し比較結果信号S6aを生成する比較部である。3aは、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すPWM基準信号S3aを生成する発振部、7aは、PWM基準信号S3aと比較結果信号S6aに基づいて駆動部4aを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号S7aを生成するフリップフロップ部、8aは、駆動基準信号S7aに基づいて駆動部のオン/オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部3a、フリップフロップ部7a、および通電制御部8aは、駆動信号生成部17aを構成する。
【0063】
11aは、PWM基準信号S3aに基づいて動作するタイマ部、12aは、タイマ部11aにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号S6aを取り込み、ラッチ信号S12aとして出力するラッチ部である。タイマ部11aおよびラッチ部12aは、減衰選択部22aを構成する。
【0064】
14は、ラッチ部12a、13aのそれぞれのラッチ信号S12a、S12bを入力し、両信号の論理積を減衰選択信号S13として出力するAND回路である。OR回路13は、論理処理部23の第2の実施例である。9は、減衰選択信号S13に基づいてモータ電流の減衰量を制御する各減衰制御信号S9a、S9bを生成し、それぞれ通電制御部8a、8bに出力する減衰制御部である。
【0065】
次に第3の実施形態の動作について説明する。図7は、第3の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部1aにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号S1aを生成する。このステップ信号S1aを、積分部2aにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号S2aとなる。発振部3aは、所定周期のPWM基準信号S3aを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図7の時点T1に相当する。PWM基準信号S3aは、フリップフロップ部7aのセット端子に入力される。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図7の給電期間T2に相当する。
【0066】
給電中のモータ電流の流れを図3Aに示す。図3Aに示すように、給電状態において、駆動部4aの各スイッチング素子41a、44aはオンし、各スイッチング素子42a、43aはオフした状態でA相モータコイル19aに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子42a、43aはオンし、各スイッチング素子41a、44aはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部7aがセット優先であるため、図7に示すようにPWM基準信号S3aのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間T3において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部5aにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【0067】
モータに電流が流れだすと、電流検出部5aにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号S5aを出力する。電流検出信号S5aと目標信号S2aは、比較部6aで比較される。電流検出信号S5aが目標信号S2aを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部6aの比較結果信号S6aはローとなる。比較結果信号S6aはフリップフロップ部7aのリセット端子に入力し、もし期間T3が終了しPWM基準信号S3aがハイになっていれば、フリップフロップ部7aはリセットされる。もし期間T3が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部7aはリセットされる。上述した動作は図7の時点T4に相当する。フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aは、通電制御部8aに入力され、通電制御部8a出力の駆動信号により、駆動部4aの各スイッチング素子41aから44aを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル19aに回生電流が流れる。これは図7の回生期間T5に相当する。給電期間T2と回生期間T4の和として表されるPWMスイッチング周期ごとに、この繰り返しで第1の実施形態と同様にステッピングモータ20の駆動制御を行う。
【0068】
ここで、PWM基準信号S3aがローになる時点T1を起点に給電期間が開始するが、時点T1と同時にタイマ部11aを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部11aのタイマ時間は、PWMスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、CRの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部6aの比較結果信号S6aをラッチ部12aに取り込む。
【0069】
ここで目標信号S2aが、電流検出信号S5aより高い値であれば、比較部6aの比較結果信号S6aはハイである。比較部6aの比較結果信号S6aおよび比較部6bの比較結果信号S6bにおいて、いずれもハイの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号S12a、S12bのいずれもハイになる。AND回路14は、いずれの入力もハイとなり、AND回路14出力の減衰選択信号S14はハイとなるため、各減衰制御信号S9a、S9bもハイになる。これにより、各通電制御部8a、8bは、図3Dの低速減衰状態で示すように、各駆動部4a、4bの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部4a、4bを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【0070】
各比較結果信号S6a、S6bのいずれか一方がローになる状態は、図5Bのような場合に顕著に起こりやすい。図5Bは、モータ駆動装置のA相、B相のそれぞれのモータ電流波形図である。A相、B相は互いに90度の位相でずれている。一方の電流波形が頂点付近にある時は、他の一方の電流波形はゼロ近辺になる。例えばA相モータ電流が頂点付近にあるということは、ステップ信号S1aが高い値であり、電流量も多い。このため、モータコイル両端の電圧VLは大きくなり、電流の減衰の傾きは大きくなる。また、B相モータ電流はゼロ付近にあり、ステップ信号S1bが低い値であり、電流量は少ない。このため、モータコイル両端の電圧VLは小さくなり、電流の減衰の傾きは小さくなる。前述したように、各比較結果信号S6a、S6bのいずれか一方でもローの場合、減衰選択信号S14はローとなり、各減衰制御信号S9a、S9bもローになる。これにより、通電制御部8a、8bは、それぞれ駆動部4a、4bが回生状態において高速減衰を行うように制御する。その結果、モータ電流がゼロ付近にある場合においては、電流の減衰の傾きを目標とする電流波形に近づけることができる。
【0071】
逆に各比較結果信号S6a、S6bの少なくともいずれか一方がローの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号S12a、S12bの少なくともいずれか一方がローになる。OR回路13は、少なくともいずれか一方の入力がローとなり、AND回路14出力の減衰選択信号S14はローとなるため、各減衰制御信号S9a、S9bもローになる。これにより、各通電制御部8a、8bは、図3Dの高速減衰状態で示すように、各駆動部4a、4bの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部4a、4bを高速減衰状態にする。
【0072】
ここで、第3の実施形態では例としてAND回路14を用いているが、論理処理部23としてはAND回路14でなくとも、2つの入力の少なくともいずれか一方がローの場合、ローを出力する論理回路であれば良い。
【0073】
このように、A相、B相の両方とも、あるいは、A相、B相のどちらか一方が、目標電流値に対して、実電流値が高いと判断されると出来るだけ目標電流値に近づけるために、PWMスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択する。また、A相、B相の両方とも、目標電流値に対して、実電流値が低いと判断されると出来るだけ目標電流値に近づけるため、PWMスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択する。
【0074】
この第3の実施形態のモータ駆動装置の利点は、第1の実施形態のモータ駆動装置ではA相、B相の各相に必要であった減衰制御部が一つあれば良いという点である。簡単な回路の追加で、減衰制御部を1相分削減できることは、面積的にもコスト的にもメリットがある。また、モータ電流ゼロ付近の電流波形をより目標電流波形に近づけることが可能である。この第3の実施形態は、特にモータ電流波形が頂点付近で目標電流値からずれない時に有用である。
【0075】
第3の実施形態によると、マイコンからの制御信号なしに、かつ、1相分の減衰制御部のみで、PWMスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部出力の値から、減衰制御を自動的に行うことができ、モータ電流のゼロ付近を特に、より目標電流に近づけた電流の形成が可能となる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
(第4の実施形態)
【0076】
本発明の第4の実施形態において、比較部6aは、電流検出信号S5aと目標信号S2aとを比較し、比較結果信号S6aを生成するが、比較結果信号S6aは電流検出信号S5aと目標信号S2aとの差分値を表す。比較結果信号S6aは所定値と比較され、電流検出信号S5aが目標信号S2aよりも所定値以上に大きい場合、ローとなり、その他の場合はハイとなる。この論理状態は、フリップフロップ部7a出力の駆動基準信号S7aがハイからローに変化するタイミング(図2のT4)でラッチされる。このラッチ出力が通電制御部8aに入力され、回生状態において、ラッチ出力がハイの場合、低速減衰状態が選択され、ラッチ出力がローの場合、高速減衰状態が選択される。
【0077】
このように構成することにより、低速減衰状態と高速減衰状態の選択を正確に自動的に設定することができ、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
【0078】
尚、以上の本発明の実施の形態では、モータ駆動装置としてステッピングモータ駆動装置を例に説明したが、本発明は一般のモータ駆動装置にも展開できる。また、A相モータコイル19aおよびB相モータコイル19bを備えた2相構成のモータ駆動装置について説明したが、3相以上のモータコイルを備えたN(Nは3以上の整数)相構成のモータ駆動装置に対しても、本発明は適用可能である。更に、実施の形態において展開した説明は、すべて本発明を具体化した一例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本発明は、モータ駆動装置および方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0080】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図2】第1の実施形態における各部の信号波形図
【図3A】給電時の駆動部における電流の流れを表す説明図
【図3B】低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図3C】高速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図3D】通電制御部によって制御されるスイッチング素子の状態を表す説明図
【図4】本発明の第2の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図5A】第2の実施形態における各部の信号波形図
【図5B】A相とB相の電流波形の関係を表す説明図
【図6】本発明の第3の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図7】第3の実施形態における各部の信号波形図
【図8】従来のステッピングモータ駆動装置のブロック図
【図9】従来のステッピングモータ駆動装置における各部の信号波形図
【図10A】従来の給電時の駆動部における電流の流れを表す説明図
【図10B】従来の低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図10C】従来の高速減衰状態駆動部における回生電流の流れを表す説明図
【図10D】従来の通電制御部によって制御されるトランジスタの状態を表す説明図
【図11A】従来の高速減衰状態を表す説明図
【図11B】従来の低速減衰状態を表す説明図
【図12A】従来の回転数が速い場合におけるステップ信号とモータ電流の波形図
【図12B】従来の回転数が遅い場合におけるステップ信号とモータ電流の波形図
【図12C】従来の低速減衰、高速減衰ともに適さない場合におけるモータ電流の波形図
【図13A】従来の低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図13B】従来の駆動部の出力ステップ信号を表す説明図
【図13C】従来のステップ信号が高い場合の回生電流の減衰割合を表す説明図
【図13D】従来のステップ信号が低い場合の回生電流の減衰割合を表す説明図
【符号の説明】
【0081】
1a、1b ステップ信号生成部
2a、2b 積分部
3a、3b 発振部
4a、4b 駆動部
41a、42a、43a、44a 駆動部4a内のスイッチング素子
41b、42b、43b、44b 駆動部4b内のスイッチング素子
5a、5b 電流検出部
6a、6b 比較部
7a、7b フリップフロップ部
8a、8b 通電制御部
9a A相減衰制御部
9b B相減衰制御部
11a、11b タイマ部
12a、12b ラッチ部
13 OR回路
14 AND回路
15 回転位相信号生成部
16 A相回転位相信号生成部
17a、17b 駆動信号生成部
18a A相駆動処理部
18b B相駆動処理部
19a A相モータコイル
19b B相モータコイル
20 ステッピングモータ
21a、21b 目標信号生成部
22a、22b 減衰選択部
23 論理処理部
24 位相シフト部




 

 


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