(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの各相をパルスで駆動し、このパルスのデューティ比によってモータの各相へ供給する電力量を制御するＰＷＭモータ駆動装置において、
前記モータが回転する際の各相の位置を示す信号に基づいて生成されるとともに、前記各相のトルクが最小となるタイミングでそれぞれ最大値となる三角波状のリップルキャンセル信号と、モータの実際の回転数と設定回転数との誤差に応じたトルクコントロール信号とを加算した入力信号をＰＷＭコンパレータに入力させて、前記デューティ比をこのＰＷＭコンパレータの出力で制御するようにしたことを特徴とするＰＷＭモータ駆動装置。
【請求項２】
モータの各相をパルスで駆動し、このパルスのデューティ比によってモータの各相へ供給する電力量を制御するＰＷＭモータ駆動装置において、
前記モータの各相の回転位置を示す信号に基づいて、前記各相のトルクが最小となるタイミングでそれぞれ最大値となる三角波状のリップルキャンセル信号を生成する手段と、
前記モータの実際の回転数と設定回転数との誤差に応じたトルクコントロール信号と前記リップルキャンセル信号とを加算した信号が入力信号として入力されて、該入力信号のレベルに基づいたデューティ比のＰＷＭ信号を出力するＰＷＭコンパレータと、
電源の高電圧側と前記モータとの間に接続された上側出力トランジスタと、
前記電源の低電圧側と前記モータとの間に接続された下側出力トランジスタと、
前記モータの各相の回転位置を示す信号に応じて前記上側出力トランジスタおよび前記側出力トランジスタのＯＮ／ＯＦＦをスイッチングさせるスイッチング手段とを備え、
前記上側出力トランジスタと前記下側出力トランジスタのどちらか一方または両方のＯＮ／ＯＦＦのデューティ比を前記ＰＷＭ信号で制御することにより、前記電力量を制御することを特徴とするＰＷＭモータ駆動装置。
【請求項３】
前記リップルキャンセル信号のレベルが前記トルクコントロール信号のレベルに応じて変化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＷＭモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＶＴＲのキャプスタンモータ等のブラシレスＤＣモータをＰＷＭ方式で回転数を制御した上で駆動するＰＷＭモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータ駆動装置の出力段の構成例を図７に示す。同図において、ＴUU、ＴVU、ＴWU、ＴUL、ＴVL、ＴWLはＮＰＮ型のパワートランジスタである。ＬU、ＬV、ＬWはそれぞれモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルであり、Ｙ結線されている。トランジスタＴUU、ＴVU、ＴWUのコレクタにはモータの駆動電圧ＶMが印加されており、トランジスタＴUL、ＴVL、ＴWLのエミッタはグランドに接続されている。トランジスタＴUUのエミッタとトランジスタＴULのコレクタとがモータのＵ相のコイルＬUに、トランジスタＴVUのエミッタとトランジスタＴVLのコレクタとがモータのＶ相のコイルＬVに、トランジスタＴWUのエミッタとトランジスタＴWLのコレクタとがモータのＷ相のコイルＬWに、それぞれ接続されている。
【０００３】
例えば、図７に矢印Ｙ1で示すように、モータのＵ相のコイルＬUからＶ相のコイルＬVに電流を流すときには、上側出力トランジスタＴUUと下側出力トランジスタＴVLとをＯＮさせるが、ＰＷＭ駆動方式では、これらのトランジスタのどちらか一方または両方のＯＮ／ＯＦＦをスイッチングさせる。そして、このＯＮ／ＯＦＦのデューティ比によって、モータへ供給する電力量、すなわち、モータの回転数を制御する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ＰＷＭ駆動方式では、上述したようにモータの各コイルをパルスで駆動するため、モータの回転効率は良いが、その反面、モータの各コイルに流れる電流の波形として正弦波を得ることができず、モータを滑らかに回転させることができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、モータの回転リップルをより減らすようにしたＰＷＭモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、モータの各相をパルスで駆動し、このパルスのデューティ比によってモータへ供給する電力量を制御するＰＷＭモータ駆動装置において、モータの回転位置を示す信号に基づいて、トルクが最小となるタイミングで最大となる三角波状の信号であるリップルキャンセル信号を生成する信号生成手段を設け、モータの実際の回転数と設定回転数との誤差に応じた信号と前記リップルキャンセル信号とを加算した信号で前記パルスのデューティ比を制御するようにしている。
【０００７】
この構成により、トルクが最小となるタイミングで最大となる三角波状の信号に応じてＰＷＭ信号のデューティ比が制御されるので、トルクが弱いタイミングでより多くの電流を流すようにすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態であるＰＷＭモータ駆動装置のブロック図を図１に示す。モータの回転部分であるロータの周辺に取り付けられたホール素子ＨＵ、ＨＶ、ＨＷからそれぞれ出力されるホール信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、ホールアンプ１で増幅されて信号Ａ１、Ａ２、Ａ３となった後、三相合成回路２に入力される。尚、３つのホール信号Ｈ１、Ｈ２、及び、Ｈ３はモータの回転位置を示すものである。
【０００９】
出力アンプ３は、ＮＰＮ型のパワートランジスタＴUU、ＴVU、ＴWU、ＴUL、ＴVL、及び、ＴWLで構成されている。上側出力トランジスタＴUU、ＴVU、及び、ＴWUのコレクタにはモータの駆動電圧ＶMが印加されており、下側出力トランジスタＴUL、ＴVL、ＴWLのエミッタは共通の抵抗Ｒを介してグランドに接続されている。上側出力トランジスタＴUUのエミッタと下側出力トランジスタＴULのコレクタとがモータのＵ相のコイルＬUに、上側出力トランジスタＴVUのエミッタと下側出力トランジスタＴVLのコレクタとがモータのＶ相のコイルＬVに、上側出力トランジスタＴWUのエミッタと下側出力トランジスタＴWLのコレクタとがＷ相のコイルＬWに、それぞれ接続されている。出力トランジスタＴUU、ＴVU、ＴWU、ＴUL、ＴVL、ＴWLのベースにはそれぞれ三相合成回路２から出力される電流ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬが供給される。
【００１０】
制御アンプ４の反転入力端子（−）には基準電圧ＶREFが入力されており、一方、その非反転入力端子（＋）には電圧信号であるトルクコントロール信号ＴCTLが入力されている。そして、制御アンプ４は、反転入力端子（−）に入力される電圧と非反転入力端子（＋）に入力される電圧との電圧差に応じた電流ＩCTLを出力する。具体的には、トルクコントロール信号ＴCTLの電圧が基準電圧ＶREFよりも高くなるほど、制御アンプ４から出力される電流ＩCTLは大きくなる。電流供給回路１１は、制御アンプ４から出力される電流ＩCTLを抵抗５及びリップルキャンセル回路１３に供給する。
【００１１】
尚、トルクコントロール信号ＴCTLは、モータの回転数を検出し、検出した回転数と設定回転数とを比較する不図示の回路から出力される信号であり、その電圧値は、モータの実際の回転数が設定回転数よりも低いほど高くなり、設定回転数よりも高いほど低くなる。したがって、制御アンプ４から出力される電流ＩCTLは、モータの実際の回転数と設定回転数との誤差に応じた信号である。
【００１２】
電流帰還アンプ６の非反転入力端子（＋）には、制御アンプ４から出力される電流ＩCTLと後述するリップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANとを加算した電流が抵抗５で電圧に変換されて入力されており、一方、反転入力端子（−）には、抵抗Ｒの両端の電圧、すなわち、モータの駆動電流に応じた電圧が入力されている。
【００１３】
そして、電流帰還アンプ６は、非反転入力端子（＋）に入力される電圧と反転入力端子（−）に入力される電圧との電圧差に応じた電流ＩFSを出力する。具体的には、制御アンプ４から出力される電流ＩCTLとリップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANとを加算した電流が大きくなるほど、また、モータの駆動電流が小さくなるほど、電流帰還アンプ６から出力される電流ＩFSは大きくなる。
【００１４】
ＰＷＭコンパレータ９の非反転入力端子（＋）には電流帰還アンプ６から出力される電流ＩFSが抵抗８によって電圧に変換されて入力されており、一方、反転入力端子（−）には三角波発生回路１０から出力される高周波な三角波が入力されている。
【００１５】
以上から、ＰＷＭコンパレータ７からは高周波な２値信号（以下、「ＰＷＭ信号」と称する）ＳPWMが出力されるが、このＰＷＭ信号ＳPWMの１周期に対するハイレベルのデューティ比は、トルクコントロール信号ＴCTL及びモータの駆動電流に加えて、リップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANに応じて制御されることになる。具体的には、トルクコントロール信号ＴCTLの電圧値が高くなるほど、また、リップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANの電流値が大きくなるほど、また、モータの駆動電流が小さくなるほど、ＰＷＭ信号ＳPWMの１周期に対するハイレベルのデューティ比は大きくなる。
【００１６】
さて、図３に示すように、ホール素子ＨＵ、ＨＶ、ＨＷからそれぞれ出力される、互いに１２０゜ずつ位相がずれた正弦波状のホール信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、ホールアンプ１でそれぞれ位相が３０゜進角された後、増幅されて信号Ａ１、Ａ２、Ａ３となる。
【００１７】
三相合成回路２の内部構成を図２に示す。対数変換回路２１は、図３に示すように、信号Ａ１、Ａ２、Ａ３の正の部分を取り出してそれぞれ得られる切り替え信号Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及び、信号Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれの負の部分を取り出して得られる切り替え信号Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６を生成する。
【００１８】
また、対数変換回路２１は、図３に示すように、信号Ａ１、Ａ２、Ａ３のそれぞれの絶対値をとって得られる絶対値信号Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を生成する。これらの絶対値信号Ｚ１、Ｚ２、及び、Ｚ３はリップルキャンセル回路１３に入力される。
【００１９】
三差動回路２２の構成を図４に示す。ＰＮＰ型のトランジスタ２２０１及び２２０２はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ２２０１のコレクタには一端がグランドに接続された定電流回路２２１５に流れ込む定電流が流れている。一方、出力側のトランジスタ２２０２のコレクタには、ＮＰＮ型のトランジスタ２２０３のコレクタが接続されている。
【００２０】
ＮＰＮ型のトランジスタ２２０３及び２２０４はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ２２０３のコレクタには、前述したように、トランジスタ２２０２のコレクタが接続されている。トランジスタ２２０４のコレクタには、ＮＰＮ型のトランジスタ２２０５、２２０６、及び、２２０７のエミッタが接続されている。
【００２１】
ＮＰＮ型のトランジスタ２２０８及び２２０９はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ２２０８のコレクタには一端が電源に接続された定電流回路２２１６から流れ出す定電流が流れている。一方、出力側のトランジスタ２２０９のコレクタには、ＰＮＰ型のトランジスタ２２１０のコレクタが接続されている。
【００２２】
ＰＮＰ型のトランジスタ２２１０及び２２１１はカレントミラー回路を構成している。入力側のトランジスタ２２１０のコレクタには、前述したように、トランジスタ２２０９のコレクタが接続されている。出力側のトランジスタ２２１１のコレクタには、ＰＮＰ型のトランジスタ２２１２、２２１３、及び、２２１４のエミッタが接続されている。
【００２３】
トランジスタ２２０５のベースには切り替え信号Ｂ１が、トランジスタ２２０６のベースには切り替え信号Ｂ２が、トランジスタ２２０７のベースには切り替え信号Ｂ３が、トランジスタ２２１２のベースには切り替え信号Ｂ４が、トランジスタ２２１３のベースには切り替え信号Ｂ５が、トランジスタ２２１４のベースには切り替え信号Ｂ６が、それぞれ入力されている。
【００２４】
そして、トランジスタ２２０５、２２１２、２２０６、２２１３、２２０７、２２１４のそれぞれのコレクタに流れる電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６が三差動回路２２から出力される。三差動回路２２から出力される電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６はプリアンプ２３で増幅されてそれぞれ電流ＵＵ、ＵＬ、ＶＵ、ＶＬ、ＷＵ、ＷＬとなった後、後述する出力アンプ３の出力トランジスタＴUU、ＴUL、ＴVU、ＴVL、ＴWU、ＴWLのベースに入力される。
【００２５】
尚、三差動回路２２から出力される電流のうち、上側出力トランジスタのベースに入力される電流に係わる電流Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５はそれぞれスイッチ２４、２５、２６を介してプリアンプ２３に入力される。そして、各スイッチ２４、２５、２６はＰＷＭ信号ＳPWMがハイレベルであるときにＯＮ、ローレベルであるときにＯＦＦするようになっている。したがって、出力アンプ３の上側出力トランジスタのＯＮ／ＯＦＦがＰＷＭ信号ＳPWMと同じ周波数及び同じデューティ比でスイッチングされることになる。
【００２６】
以上の構成により、モータの回転位置に応じて、駆動されるコイルが適切なタイミングで切り替えられ、モータが回転する。そして、ＰＷＭ信号ＳPWMのローレベルに対するハイレベルのデューティ比が大きくなるほど、出力アンプ３の上側出力トランジスタがＯＮする時間が長くなるので、コイルへ供給される電力量（言い換えれば、コイルの駆動電流）が大きくなり、モータの負荷が一定であるとすれば、モータの回転数が高くなる。
【００２７】
トルクリップルキャンセル回路１３の内部構成を図５に示す。ＮＰＮ型のトランジスタ１３０１及び１３０２はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ１３０１、１３０２のエミッタはそれぞれ抵抗１３０３、１３０４を介して接地されている。入力側のトランジスタ１３０１のコレクタには制御アンプ４の出力電流ＩCTLが入力されている。出力側のトランジスタ１３０２のコレクタにはＰＮＰ型のトランジスタ１３０５のコレクタが接続されている。尚、トランジスタ１３０２のエミッタと抵抗１３０４との接続点には、抵抗を接続してリップルキャンセル率を調節することができるように端子が設けられている。
【００２８】
ＰＮＰ型のトランジスタ１３０５及び１３０６はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ１３０５、１３０６のエミッタはそれぞれ抵抗１３０７、１３０８を介して電源電圧ＶCCに接続されている。入力側のトランジスタ１３０５のコレクタは前述したようにトランジスタ１３０２のコレクタに接続されている。出力側のトランジスタ１３０６のコレクタには、ＰＮＰ型のトランジスタ１３０７、１３０８、１３０９、及び、１３１０のエミッタが共通に接続されている。
【００２９】
トランジスタ１３０８、１３０９、１３１０のベースにはそれぞれ三相合成回路２で生成される絶対値信号Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が入力される。また、トランジスタ１３０８、１３０９、１３１０のベースにはそれぞれ抵抗１３１２、１３１３、１３１４の一端が接続されており、これらの抵抗１３１２、１３１３、及び、１３１４の他端は共通に接続されている。トランジスタ１３０７のベースは、抵抗１３１２、１３１３、及び、１３１４の共通の接続点に抵抗１３１１を介して接続されている。抵抗１３１１、１３１２、１３１３、及び、１３１４の共通の接続点はバイアスされている。
【００３０】
ＮＰＮ型のトランジスタ１３１５及び１３１６はカレントミラー回路を構成している。トランジスタ１３１５、１３１６のエミッタはそれぞれ抵抗１３１７、１３１８を介して接地されている。入力側のトランジスタ１３１５のコレクタには、トランジスタ１３０８、１３０９、及び、１３１０のコレクタが共通に接続されている。出力側のトランジスタ１３１６のコレクタにはトランジスタ１３１７のコレクタが接続されている。そして、トランジスタ１３０７のコレクタ電流とトランジスタ１３１６のコレクタ電流との差電流ＩCANがリップルキャンセル回路１３から出力され、抵抗５に供給される。
【００３１】
このリップルキャンセル回路１３の構成により、リップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANは、図６にそのタイミングチャートを示すように、三相合成回路２で生成される絶対値信号Ｚ１、Ｚ２、及び、Ｚ３の最小値がとる波形に相似な波形となる。これにより、リップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANは、各ホール信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の振幅が０となるタイミング、すなわち、トルクが最小となるタイミングで最大となる三角波状の信号となる。
【００３２】
したがって、リップルキャンセル回路１３から出力される電流ＩCANが大きくなると、ＰＷＭ信号ＳPWMの１周期に対するハイレベルのデューティ比が大きくなることから、トルクが弱い部分ほど、上側出力トランジスタがＯＮする時間が長くなる。その結果、トルクの弱い部分をキャンセルすることができるので、モータをより滑らかに回転させることができる。
【００３３】
尚、上側出力トランジスタのＯＮ／ＯＦＦをスイッチングさせる場合には、モータの駆動電流を検出するための抵抗Ｒは、上記実施形態のように、グランドＧＮＤ側に接続しておくことが望ましい。というのは、図７に示すように、例えば上側出力トランジスタＴUUのＯＮ／ＯＦＦをスイッチングさせる場合には、上側出力トランジスタＴUUがＯＮからＯＦＦに切り替わった後も、コイルＬUの逆起電圧により矢印Ｙ2で示すように、下側出力トランジスタＴULに寄生するダイオードＤを介して電流が流れるが、モータの駆動電圧ＶM側に抵抗Ｒを接続していると、この電流を検出することができないからである。
【００３４】
同様の理由から、下側出力トランジスタのＯＮ／ＯＦＦをスイッチングさせる場合には、モータの駆動電流を検出するための抵抗をモータの駆動電圧側に接続しておいた方が、モータの駆動電流をより正確に検出できるので、制御性が向上する。
【００３５】
また、上記実施形態では、モータの駆動電流を帰還させているが、これは行わなくてもよい。モータの駆動電流の帰還を行わない場合には、制御アンプ４の出力電流ＩCTLとリップルキャンセル回路１３の出力電流ＩCANとを加算した電流を抵抗５で電圧に変換してＰＷＭコンパレータ９の非反転入力端子（＋）に入力するようにすればよい。但し、モータの駆動電流を帰還させた方が制御性が向上する。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＰＷＭモータ駆動装置によれば、トルクが最小となるタイミングで最大となる三角波状の信号に応じてＰＷＭ信号のデューティ比が制御されるので、トルクが弱いタイミングでより多くの電流を流すようにすることができる。これにより、モータをより滑らかに回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態であるＰＷＭモータ駆動装置のブロック図である。
【図２】  三相合成回路の内部構成を示す図である。
【図３】  各信号のタイミングチャートである。
【図４】  三差動回路の回路図である。
【図５】  リップルキャンセル回路の回路図である。
【図６】  各信号のタイミングチャートである。
【図７】  モータ駆動装置の出力段の回路図である。
【符号の説明】
１    ホールアンプ
２    三相合成回路
３    出力アンプ
４    制御アンプ
５    抵抗
６    電流帰還アンプ
８    抵抗
９    ＰＷＭコンパレータ
１０    三角波発生回路
１１    電流供給回路
１３    リップルキャンセル回路
【図１】
0003686992.tif 000002
【図２】
0003686992.tif 000003
【図３】
0003686992.tif 000004
【図４】
0003686992.tif 000005
【図５】
0003686992.tif 000006
【図６】
0003686992.tif 000007
【図７】
0003686992.tif 000008