(57)【要約】【課題】フェールセーフ機能を一元管理することが可能なモーター駆動装置及び電子機器等を提供すること。【解決手段】モーター駆動装置２００は、モーター２８０を駆動するモーター駆動回路（２１０）と、チャージステートとディケイステートと異常ステートとを含む複数のステート間の遷移を制御し、モーター駆動回路（２１０）を制御する制御回路２４０と、複数のステート間の遷移に基づいて期間をカウントするウォッチドッグタイマー２５０と、を含む。そして、制御回路２４０は、チャージステートへ遷移する場合にウォッチドッグタイマー２５０に第１期間のカウントを開始させる。制御回路２４０は、チャージステートからディケイステートへの遷移条件が非充足のままウォッチドッグタイマー２５０から第１期間の終了が通知された場合に、異常ステートへ遷移する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターを駆動するモーター駆動回路と、
チャージステートとディケイステートと異常ステートとを含む複数のステート間の遷移を制御し、前記モーター駆動回路を制御する制御回路と、
前記複数のステート間の遷移に基づいて期間をカウントするウォッチドッグタイマーと、
を含み、
前記制御回路は、
前記チャージステートへ遷移する場合に前記ウォッチドッグタイマーに第１期間のカウントを開始させ、
前記チャージステートから前記ディケイステートへの遷移条件が非充足のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第１期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御回路は、
前記ディケイステートへ遷移する場合に前記ウォッチドッグタイマーに第２期間のカウントを開始させ、
前記ディケイステートから前記チャージステートへの遷移条件が非充足のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ディケイステートの期間であるディケイ期間の長さが設定される期間設定レジスターを含み、
前記制御回路は、
前記期間設定レジスターに設定された前記ディケイ期間が未経過のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記ディケイステートでのディケイモードとして、前記モーターの駆動電流の低下速度が異なる複数のディケイモードが設定されるモード設定レジスターを含み、
前記制御回路は、
前記複数のディケイモードのうちのいずれのモードに設定されている場合であっても、前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に前記異常ステートへ遷移することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記モーターを駆動する駆動電流の閾値を設定する閾値設定レジスターを含み、
前記制御回路は、
前記駆動電流が前記閾値設定レジスターに設定された前記閾値に未達のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第１期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記レジスターに設定された前記閾値に対応する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記基準電圧と、前記駆動電流をセンス抵抗により電流電圧変換した電圧とを比較する電圧検出回路と、
を含み、
前記制御回路は、
前記電圧検出回路の出力信号に基づいて、前記駆動電流が前記閾値に達したか否かを判断することを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記モーター駆動回路は、
スイッチ素子のオン・オフにより、前記モーターを駆動する駆動電流を増加させるチャージ動作と前記駆動電流を減少させるディケイ動作とを繰り返すブリッジ回路を有し、
前記制御回路は、
前記異常ステートにおいて前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子をオフにすることを特徴とするモーター駆動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載されたモーター駆動装置を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター駆動装置及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流モーターを駆動するモーター駆動装置として、チョッピング電流を制御することによりモーターの回転数を制御する手法が知られている。この手法では、ブリッジ回路に流れる電流をセンス抵抗により電流／電圧変換し、その電圧を基準電圧と比較することでチョッピング電流を検出する。そして、その検出結果を制御回路にフィードバックし、ブリッジ回路の駆動信号をＰＷＭ制御することでモーターを一定の速度で回転させる（例えば特許文献１）。
【０００３】
このようなモーター駆動装置では、異常や故障によりモーターやモーター駆動装置が損傷する可能性がある。例えば特許文献２、３には、特定の条件（例えば配線短絡等）において、チョッピング動作が正常に行われず、モーターの異常発熱や破損、或はモーター駆動装置の損傷に至るケースがあることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０６１８９号公報
【特許文献２】特開平０５−１１１１４４号公報
【特許文献３】特開平０５−１１１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モーター駆動装置には、上記のような異常や故障を防ぐためにフェールセーフ機能を有するものがあり、異常や故障を検出した場合に装置を保護する動作を行うようになっている。しかしながら、異常や故障には多くの要因が存在するため、個々の要因について対応するとフェールセーフ機能の管理が煩雑になるという課題がある。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、フェールセーフ機能を一元管理することが可能なモーター駆動装置及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、モーターを駆動するモーター駆動回路と、チャージステートとディケイステートと異常ステートとを含む複数のステート間の遷移を制御し、前記モーター駆動回路を制御する制御回路と、前記複数のステート間の遷移に基づいて期間をカウントするウォッチドッグタイマーと、を含み、前記制御回路は、前記チャージステートへ遷移する場合に前記ウォッチドッグタイマーに第１期間のカウントを開始させ、前記チャージステートから前記ディケイステートへの遷移条件が非充足のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第１期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移するモーター駆動装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、チャージステートへ遷移した場合にウォッチドッグタイマーにより第１期間のカウントが開始され、チャージステートからディケイステートへの遷移条件が満たされないまま第１期間が経過した場合に、異常ステートへの遷移が行われる。これにより、フェールセーフ機能を一元管理することが可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記制御回路は、前記ディケイステートへ遷移する場合に前記ウォッチドッグタイマーに第２期間のカウントを開始させ、前記ディケイステートから前記チャージステートへの遷移条件が非充足のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移してもよい。
【００１０】
このようにすれば、ディケイステートからチャージステートへの遷移条件が満たされないまま第２期間が経過した場合に、異常ステートへの遷移が行われる。これにより、ディケイステートにおけるフェールセーフも含めてフェールセーフ機能を一元管理できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記ディケイステートの期間であるディケイ期間の長さが設定される期間設定レジスターを含み、前記制御回路は、前記期間設定レジスターに設定された前記ディケイ期間が未経過のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移してもよい。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記ディケイステートでのディケイモードとして、前記モーターの駆動電流の低下速度が異なる複数のディケイモードが設定されるモード設定レジスターを含み、前記制御回路は、前記複数のディケイモードのうちのいずれのモードに設定されている場合であっても、前記ウォッチドッグタイマーから前記第２期間の終了が通知された場合に前記異常ステートへ遷移してもよい。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記モーターを駆動する駆動電流の閾値を設定する閾値設定レジスターを含み、前記制御回路は、前記駆動電流が前記閾値設定レジスターに設定された前記閾値に未達のまま前記ウォッチドッグタイマーから前記第１期間の終了が通知された場合に、前記異常ステートへ遷移してもよい。
【００１４】
これらの本発明の一態様によれば、レジスターの設定値を変更することにより駆動電流を制御することができ、モーターを所望の回転数に制御することができる。しかしながら、このようなレジスター書き込みを行うと、例えば書き込み不良や意図しない設定値によりモーターやモーター駆動装置の誤動作や破損が起きる可能性がある。この点、本発明の一態様によれば、ステート遷移条件が満たされずに第１期間又は第２期間が経過すると異常ステートへ遷移するので、モーターやモーター駆動装置の誤動作や破損を防ぐことが可能となる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記レジスターに設定された前記閾値に対応する基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記基準電圧と、前記駆動電流をセンス抵抗により電流電圧変換した電圧とを比較する電圧検出回路と、を含み、前記制御回路は、前記電圧検出回路の出力信号に基づいて、前記駆動電流が前記閾値に達したか否かを判断してもよい。
【００１６】
このようにすれば、電圧検出回路の出力信号に基づいて、レジスターに設定された閾値に駆動電流が達したか否かを判断でき、その判断結果に基づいて異常ステートへ遷移するか否かを決定できる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記モーター駆動回路は、スイッチ素子のオン・オフにより、前記モーターを駆動する駆動電流を増加させるチャージ動作と前記駆動電流を減少させるディケイ動作とを繰り返すブリッジ回路を有し、前記制御回路は、前記異常ステートにおいて前記ブリッジ回路の前記スイッチ素子をオフにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、異常ステートにおいてブリッジ回路のスイッチ素子がオフになることで、モーターに流れる電流経路を遮断できる。これにより、モーターの発熱や過電流、それに伴う破損等を防ぐことが可能となり、フェールセーフ機能を実現できる。
【００１９】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載されたモーター駆動装置を含む電子機器に関係する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のモーター駆動装置の構成例。
【図２】チャージ動作の説明図。
【図３】同期整流におけるファーストディケイ動作の説明図。
【図４】モーター駆動制御の説明図。
【図５】図５（Ａ）は、本実施形態のステート遷移図。図５（Ｂ）は、ディケイモードの説明図。
【図６】正常動作におけるステート遷移制御のタイミングチャート。
【図７】チャージステートにおいて異常が発生した場合のステート遷移のタイミングチャート。
【図８】ディケイステートにおいて異常が発生した場合のステート遷移のタイミングチャート。
【図９】同期整流におけるスローディケイ動作の説明図。
【図１０】図１０（Ａ）は、非同期整流におけるファーストディケイ動作の説明図。図１０（Ｂ）は、非同期整流におけるスローディケイ動作の説明図。
【図１１】ファーストディケイモードにおける駆動電流の特性例。
【図１２】スローディケイモードにおける駆動電流の特性例。
【図１３】ミックスドディケイモードにおける駆動電流の特性例。
【図１４】ディケイモードを用いたモーター制御手法の説明図。
【図１５】ディケイモードを用いたモーター制御手法の説明図。
【図１６】電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００２２】
１．モーター駆動装置
図１に、本実施形態のモーター駆動装置の構成例を示す。モーター駆動装置２００は、ブリッジ回路２１０、コンパレーター２２０（電圧検出回路）、基準電圧生成回路２３０、レジスター部２３５、制御回路２４０、ウォッチドッグタイマー２５０、プリドライバー２６０、クロック生成回路２７０を含む。レジスター部２３５は、期間設定レジスター２３６、モード設定レジスター２３７、閾値設定レジスター２３８を含む。
【００２３】
ブリッジ回路２１０は、制御回路２４０からのＰＷＭ信号に基づいて外付けのモーター２８０（直流モーター）を駆動する。具体的には、ブリッジ回路２１０はＨブリッジに構成されたトランジスターＱ１〜Ｑ４（スイッチ素子）とダイオードＤ１〜Ｄ４とを含む。例えば、トランジスターＱ１、Ｑ２はＰ型であり、トランジスターＱ３、Ｑ４はＮ型である。或は、トランジスターＱ１〜Ｑ４は全てＮ型であってもよい。
【００２４】
トランジスターＱ１及びダイオードＤ１は、電源電圧ＶＣＣのノードと、モーター２８０の一端が接続される端子ＯＵＴ１との間に設けられる。トランジスターＱ２及びダイオードＤ２は、電源電圧ＶＣＣのノードと、モーター２８０の他端が接続される端子ＯＵＴ２との間に設けられる。トランジスターＱ３及びダイオードＤ３は、端子ＯＵＴ１と、一端にグランド電圧が供給されるセンス抵抗２９０の他端に接続される端子ＲＮＦとの間に設けられる。トランジスターＱ４及びダイオードＤ４は、端子ＯＵＴ２と端子ＲＮＦとの間に接続される。
【００２５】
基準電圧生成回路２３０は、チョッピング電流を検出するための基準電圧ＶＲを生成する。具体的には、基準電圧生成回路２３０はＤ／Ａ変換回路で構成される。Ｄ／Ａ変換回路は、リファレンス電圧Ｖｒｅｆに基づいて複数の電圧を生成し、その複数の電圧の中から、閾値設定レジスター２３８に設定されたレジスター値（図４のチョッピング電流Ｉｃｈ）に対応する電圧を選択し、その選択した電圧を基準電圧ＶＲとして出力する。
【００２６】
コンパレーター２２０は、モーター２８０を駆動する電流がチョッピング電流（閾値）に達したか否かの検出を行う。具体的には、コンパレーター２２０は、端子ＲＮＦを介して入力されるセンス抵抗２９０の一端の電圧ＶＳと基準電圧ＶＲとを比較する。そして、電圧ＶＳが基準電圧ＶＲに達したことを検出すると、その検出信号を出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔとして制御回路２４０へ出力する。
【００２７】
制御回路２４０は、ブリッジ回路２１０のチョッピング動作を制御する回路であり、クロック生成回路２７０からのクロック信号ｃｌｋに基づいて動作する。チョッピング動作とは、トランジスターＱ１〜Ｑ４のオン・オフ制御により、モーター２８０を駆動する電流のチャージ・ディケイを制御する動作である。具体的には、制御回路２４０は、コンパレーター２２０からの検出信号に基づいて、チョッピング電流が一定となるようにＰＷＭ信号のパルス幅を制御する。そして、そのＰＷＭ信号からトランジスターＱ１〜Ｑ４のオン・オフ制御信号を生成し、生成したオン・オフ制御信号をプリドライバー２６０へ出力する。
【００２８】
プリドライバー２６０は、バッファー２６１〜２６４を含む。バッファー２６１〜２６４は、制御回路２４０からのオン・オフ制御信号をバッファリングし、駆動信号Ｇ１〜Ｇ４としてトランジスターＱ１〜Ｑ４のゲートへ出力する。
【００２９】
ウォッチドッグタイマー２５０は、制御回路２４０のステート遷移を監視しており、特定のステートに留まったまま所定の期間をタイムアウトした場合には、その旨を制御回路２４０に通知する。具体的には、制御回路２４０は、モーター駆動におけるチャージ動作を行うチャージステートと、モーター駆動におけるディケイ動作を行うディケイステートと、モーター駆動に異常が発生した際の動作を行う異常ステートと、を遷移するステートマシンとして動作する。制御回路２４０はチャージステート及びディケイステートに遷移したときにウォッチドッグタイマー２５０のカウントをリセットする。そして、ウォッチドッグタイマー２５０がリセットされずに所定のカウント値に達した場合、制御回路２４０は異常ステートに遷移させ、ブリッジ回路２１０のトランジスターＱ１〜Ｑ４をオフにする。なお、ウォッチドッグタイマー２５０及び制御回路２４０の更に詳細な動作については、後述する。
【００３０】
２．モーター駆動の基本動作
図２〜図４を用いて、同期整流のファーストディケイモードを例にとり、モーター駆動装置２００の基本的な動作について説明する。なお図２、図３ではダイオードＤ１〜Ｄ４の図示を省略している。
【００３１】
図４に示すように、時間ｔ０にモーター２８０の駆動を開始したとする。駆動を開始すると、制御回路２４０がチャージステートに遷移させ、ブリッジ回路２１０がチャージ動作を行う。即ち図２に示すように、トランジスターＱ１、Ｑ４がオンになり、トランジスターＱ２、Ｑ３がオフになる。このとき、図２の実線矢印で示すように、電源電圧ＶＣＣからトランジスターＱ１、モーター２８０、トランジスターＱ４、センス抵抗２９０を介してグランド電圧へ駆動電流が流れる。
【００３２】
駆動電流は時間の経過とともに大きくなり、センス抵抗２９０により変換された電圧ＶＳも上昇する。電圧ＶＳが基準電圧ＶＲよりも大きくなると、コンパレーター２２０の出力信号がローレベルからハイレベルに変わる。図４に示すように、このとき（時間ｔ１）の駆動電流がチョッピング電流Ｉｃｈであり、電圧ＶＳの検出によりチョッピング電流Ｉｃｈが検出されたことになる。
【００３３】
制御回路２４０は、コンパレーター２２０の出力信号がハイレベルになったのを受けて、ディケイステートに遷移させ、ブリッジ回路２１０はディケイ動作を行う。即ち図３に示すように、トランジスターＱ２、Ｑ３がオンになり、トランジスターＱ１、Ｑ４がオフになる。このとき、図３の点線矢印で示すように、グランド電圧からセンス抵抗２９０、トランジスターＱ３、モーター２８０、トランジスターＱ２を介して電源電圧ＶＣＣに駆動電流（回生電流）が流れる。図４に示すように、ディケイ期間ＴＤ１では時間の経過とともに駆動電流が低下していく。
【００３４】
制御回路２４０は、例えばカウンター回路等を用いて、ディケイステートに遷移してから所定時間が経過したことを検出し、チャージステートに遷移させる。これによりチャージ期間ＴＣ１に移行するので、再び駆動電流が上昇し、チョッピング電流Ｉｃｈに達するとディケイ期間ＴＤ２に移行する。以降、これを繰り返すことにより、チョッピング電流Ｉｃｈが一定となるように制御し、モーター２８０の回転速度を一定に保つ。
【００３５】
３．正常動作におけるステート遷移制御
次に、本実施形態におけるステート遷移制御について説明する。図５（Ａ）に、ステート遷移図を示す。また図５（Ｂ）に、ディケイモードの説明図を示す。図６に、正常動作におけるステート遷移制御のタイミングチャートを示す。なお以下では、フラグの“１”はフラグがアクティブであることを表し、“０”はフラグが非アクティブであることを表す。
【００３６】
図５（Ａ）に示すように、正常にモーター駆動している場合にはチャージステートＣＳとディケイステート（ＦａｓｔＤＳ、ＳｌｏｗＤＳ）の間を往復する。そして、異常が発生した場合にはチャージステートＣＳとディケイステートの間で遷移させず、その遷移が起きないことをウォッチドッグタイマー２５０で監視する。即ち、遷移が起きないままウォッチドッグタイマー２５０がタイムアウトした場合、異常ステートＩＳへ遷移させ、モーター駆動を停止させる。異常ステートＩＳでは、ブリッジ回路２１０のトランジスターＱ１〜Ｑ４をオフにして、モーター２８０に流れる電流経路を遮断する。これにより、モーター２８０の過熱やモーター駆動装置２００の故障を未然に防止できる。
【００３７】
まず、正常動作におけるステート遷移について、スローディケイモードを例にとり説明する。ディケイモードについては後述するが、スローディケイモードは、ディケイ動作においてモーター駆動電流を緩やかに減少させるモードである。
【００３８】
モーター駆動装置２００がリセット状態に設定されている場合、アイドルステートＩＤＥＬに設定される。アイドルステートＩＤＥＬではモーター２８０の駆動は行わず、例えばモーター駆動装置２００はパワーダウン状態に設定される。次に、モーター駆動装置２００がイネーブル状態に設定されると、アイドルステートＩＤＥＬからチャージステートＣＳに遷移する。チャージステートＣＳでは図２で説明したようなチャージ動作を行う。
【００３９】
図６のＡ１に示すように、コンパレーター２２０の出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔが、クロック信号ｃｌｋの立ち上がりで続けて２回ハイレベルとなった場合、モーター２８０の駆動電流がチョッピング電流Ｉｃｈを超えたと判断し、Ａ２に示すようにフラグｃｍｐ＿ｄｅｔ＝１（アクティブ）を立てる。またＡ３に示すように、次に遷移させるステートがディケイステートであることを示すフラグｎｅｘｔＤＳ＝１を立てる。そしてＡ４に示すように、フラグｎｅｘｔＤＳ＝１を受けて、クロック信号ｃｌｋの次周期の立ち上がりでスローディケイステートＳｌｏｗＤＳに遷移する。
【００４０】
このときＡ５に示すように、フラグｃｍｐ＿ｄｅｔ＝１を受けて、ディケイステート全体の期間をカウントするカウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔをリスタートする（カウント値“０”からカウントを開始する）。またＡ６に示すように、フラグｎｅｘｔＤＳ＝１を受けて、ウォッチドッグ処理を開始させるフラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を立てる。Ａ７に示すように、ウォッチドッグタイマー２５０は、フラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を受けて、ウォッチドッグ処理のカウント値ＷＴ＿ｃｎｔをリスタートする（カウント値“０”からカウントを開始する）。
【００４１】
Ａ８に示すように、カウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔが所望値（図５（Ｂ）のレジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ＝Ｔｄ、例えば１６進数“ＦＦ”）に達した場合、Ａ９に示すように、次に遷移させるステートがチャージステートであることを示すフラグｎｅｘｔＣＳ＝１を立てる。そしてＡ１０に示すように、フラグｎｅｘｔＣＳ＝１を受けて、クロック信号ｃｌｋの次周期の立ち上がりでチャージステートＣＳに遷移する。このときＡ１１に示すように、フラグｎｅｘｔＣＳ＝１を受けて、フラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を立てる。Ａ１２に示すように、ウォッチドッグタイマー２５０は、フラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を受けてカウント値ＷＴ＿ｃｎｔをリスタートする。
【００４２】
以後、同様の処理でチャージステートＣＳとスローディケイステートＳｌｏｗＤＳとの間で遷移を繰り返し、モーター２８０を駆動する。
【００４３】
さて、図５（Ｂ）に示すように、ディケイ動作には、モーター駆動電流を急速に減少させるファーストディケイモードと、モーター駆動電流を緩やかに減少させるスローディケイモードと、これらを組み合わせたミックスドディケイモードと、がある。いずれのモードで動作するかは、モード設定レジスター２３７に設定されたレジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅと、期間設定レジスター２３６に設定されたレジスター値Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ、Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅとによって決まる。レジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅには、ディケイモードで動作する期間の長さＴｆｓが設定され、レジスター値Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅには、ファーストディケイモードで動作する期間の長さＴｄが設定される。
【００４４】
Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅ＝０、Ｔｆｓ＜Ｔｄの場合には、ミックスドディケイモードで動作する。即ち図５（Ａ）に示すように、フラグｃｍｐ＿ｄｅｔ＝１になると、フラグｎｅｘｔＤＳ＝１になり、まずチャージステートＣＳからファーストディケイステートＦａｓｔＤＳへ遷移する。このとき、カウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔに加えて、ファーストディケイステートＦａｓｔＤＳの期間をカウントするカウント値Ｆａｓｔ＿Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔをリスタートする（カウント値“０”からカウントを開始する）。カウント値Ｆａｓｔ＿Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔが所望値であるＴｆｓに達した場合、スローディケイステートＳｌｏｗＤＳへ遷移する。そして、カウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔが所望値であるＴｄに達するとフラグｎｅｘｔＣＳ＝１となり、チャージステートＣＳへ遷移する。
【００４５】
Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅ＝０、Ｔｆｓ＞Ｔｄの場合には、ファーストディケイモードで動作する。即ち、フラグｃｍｐ＿ｄｅｔ＝１になると、フラグｎｅｘｔＤＳ＝１となり、チャージステートＣＳからファーストディケイステートＦａｓｔＤＳへ遷移する。そして、カウント値Ｆａｓｔ＿Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔがＴｆｓに達するとフラグｎｅｘｔＣＳ＝１となり、チャージステートＣＳへ遷移する。
【００４６】
Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅ＝１の場合には、スローディケイモードで動作する。スローディケイモードにおけるステート遷移は、図６で説明した通りである。
【００４７】
４．異常が発生した場合のステート遷移制御
次に、チャージステートＣＳにおいて異常が発生した場合のステート遷移について説明する。
【００４８】
チャージステートＣＳでは、以下のような異常が想定される。例えば、モーター２８０の一端又は他端のノードがグランド電圧に短絡した場合等にはセンス抵抗２９０に駆動電流が流れないので、コンパレーター２２０が電圧検出できなくなる。或は、センス抵抗２９０の一端からコンパレーター２２０の入力端子までの配線が断線した場合、コンパレーター２２０が電圧検出できなくなる。このような場合、ディケイステートへの遷移条件（ｃｍｐ＿ｄｅｔ＝１）が満たされないので、チャージ動作が続き、モーター２８０に過電流が流れ、モーター２８０やモーター駆動装置２００の過熱や破壊に至る可能性がある。この点、本実施形態では、ウォッチドッグタイマー２５０のタイムアウトにより異常ステートＩＳに遷移するので、モーター２８０に流れる電流を遮断できる。
【００４９】
図７に、チャージステートＣＳにおいて異常が発生した場合のステート遷移のタイミングチャートを示す。
【００５０】
図７のＢ１に示すように、フラグｃｍｐ＿ｄｅｔ＝０（非アクティブ）のままの場合、ウォッチドッグタイマー２５０はリスタートされないのでカウントを続ける。そして、Ｂ２に示すように、ウォッチドッグタイマー２５０のカウント値ＷＴ＿ｃｎｔが所定値（例えば１６進数“ＦＦＦ”）に達すると、Ｂ３に示すように、異常が発生したと判断したことを示すフラグｎｅｘｔＩＳ＝１を立てる。Ｂ４に示すように、フラグｎｅｘｔＩＳ＝１を受けて、クロック信号ｃｌｋの次周期の立ち上がりで異常ステートＩＳに遷移する。異常ステートＩＳでは、ブリッジ回路２１０のトランジスターＱ１〜Ｑ４を全てオフにする。異常ステートＩＳは、例えばモーター駆動装置２００がリセットされるまで解除されず、モーター駆動装置２００がリセットされたらアイドルステートＩＤＥＬに再び戻る。
【００５１】
なお、ウォッチドッグタイマー２５０がタイムアウトするカウント値は、例えば回路に作り込まれた値であってもよいし、或はレジスター部２３５にレジスター値として可変に設定できるようにしてもよい。
【００５２】
次に、ディケイステート（ＦａｓｔＤＳ、ＳｌｏｗＤＳ）において異常が発生した場合のステート遷移について説明する。
【００５３】
ディケイステートでは、以下のような異常が想定される。即ち、図１４や図１５で後述するように、モーターの回転数を変化させるときなどに電流の追従性を上げるためにディケイモードを切り替える場合がある。このとき、ユーザーがディケイモード（Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅ）やその期間（Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ、Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ）をレジスター部２３５に設定するため、誤った設定値や正常に動作し得ない設定値が書き込まれる可能性がある。このような場合、モーター２８０が予期せぬ動作をする可能性がある。或は、ファーストディケイステートＦａｓｔＤＳ（図３）が長時間続くような設定がされていると、モーター２８０に流れる電流が次第に逆転してモーター２８０が逆回転し、更にその電流が増大し続けてモーター２８０に過電流が流れる可能性がある。この点、本実施形態では、ウォッチドッグタイマー２５０のタイムアウトにより異常ステートＩＳに遷移するので、モーター２８０に流れる電流を遮断し、モーター２８０やモーター駆動装置２００を保護できる。
【００５４】
図８に、ディケイステート（ＦａｓｔＤＳ、ＳｌｏｗＤＳ）において異常が発生した場合のステート遷移のタイミングチャートを示す。
【００５５】
例えばレジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ＝Ｔｄに間違った値が設定された場合や、或はカウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔをカウントするカウンターが故障した場合には、図８のＥ１に示すように、カウント値Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔが所望値に達する前にウォッチドッグタイマー２５０のカウント値ＷＴ＿ｃｎｔが設定値（例えば１６進数“ＦＦＦ”）に達する。Ｅ２に示すように、それを受けてフラグｎｅｘｔＩＳ＝１を立てる。Ｅ３に示すように、フラグｎｅｘｔＩＳ＝１を受けて、クロック信号ｃｌｋの次周期の立ち上がりで異常ステートＩＳに遷移する。異常ステートＩＳでは、ブリッジ回路２１０のトランジスターＱ１〜Ｑ４を全てオフにする。
【００５６】
なお、ファーストディケイステートＦａｓｔＤＳでは、カウント値Ｆａｓｔ＿Ｄｅｃａｙ＿ｃｎｔが所望値に達する前にウォッチドッグタイマー２５０のカウント値ＷＴ＿ｃｎｔが設定値に達した場合に、フラグｎｅｘｔＩＳ＝１を立て、異常ステートＩＳへ遷移する。
【００５７】
さて、以上に説明した本実施形態によれば、ステート遷移せずにウォッチドッグタイマー２５０がタイムアウトした場合に異常ステートＩＳへ遷移させることにより、フェールセーフ機能を一元管理することが可能である。この点について、比較例を挙げて説明する。
【００５８】
比較例としては、例えばコンパレーター２２０の出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔを監視し、所定期間内に出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔがハイレベルにならなかった場合にチョッピング電流Ｉｃｈの検出異常と判断する手法が考えられる。しかしながら、この手法では、出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔに応じてフェールセーフを行うため、他の異常が起こった場合には対応できない。そのため、種々の異常に対して、それぞれに対応したフェールセーフを行う必要があり、制御が煩雑になるという課題がある。
【００５９】
この点、本実施形態のモーター駆動装置２００は、モーター２８０を駆動するモーター駆動回路（ブリッジ回路２１０）と、チャージステートＣＳとディケイステート（ＦａｓｔＤＳ、ＳｌｏｗＤＳ）と異常ステートＩＳとを含む複数のステート間の遷移を制御し、モーター駆動回路を制御する制御回路２４０と、複数のステート間の遷移に基づいて期間（カウント値ＷＴ＿ｃｎｔ）をカウントするウォッチドッグタイマー２５０と、を含む。そして、制御回路２４０は、チャージステートＣＳへ遷移する場合にウォッチドッグタイマー２５０に第１期間（例えば図７の“ＦＦＦ”）のカウントを開始させる（フラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を立てる）。制御回路２４０は、ディケイステートへの遷移条件（フラグｎｅｘｔＤＳ＝１）が非充足のままウォッチドッグタイマー２５０から第１期間の終了が通知された場合に、異常ステートＩＳへ遷移する。
【００６０】
このようにすれば、チャージステートＣＳからディケイステートへの遷移が第１期間内に生じなければ異常ステートＩＳへ遷移するので、異常の内容に関わらず、ステートの遷移さえ起きなければフェールセーフを行うことができる。例えば、チョッピング電流Ｉｃｈの検出異常だけでなく、更にモーター２８０の過熱や過電流の検出部を設け、その検出部により過熱や過電流が検出された場合に異常ステートＩＳへ遷移させることも可能である。即ち、それらの異常が検出された場合にステート遷移が起こらないようにしておけば、異常ステートＩＳへの遷移によりフェールセーフ機能を一元管理することができる。
【００６１】
また本実施形態では、制御回路２４０は、ディケイステート（ＦａｓｔＤＳ、ＳｌｏｗＤＳ）へ遷移する場合にウォッチドッグタイマー２５０に第２期間（例えば図８の“ＦＦＦ”）のカウントを開始させる（フラグＷＴ＿ｃｌｅａｒ＝１を立てる）。そして、制御回路２４０は、チャージステートＣＳへの遷移条件（フラグｎｅｘｔＣＳ＝１）が非充足のままウォッチドッグタイマー２５０から第２期間の終了が通知された場合に、異常ステートＩＳへ遷移する。
【００６２】
このようにすれば、ディケイステートからチャージステートＣＳへの遷移が第２期間内に生じなければ異常ステートＩＳへ遷移するので、ディケイステートにおいて異常が生じた場合にもフェールセーフを行うことができる。即ち、チャージステートＣＳにおける異常だけでなく、ディケイステートにおける異常も含めてフェールセーフ機能を一元管理できる。なお、図７、図８ではウォッチドッグタイマー２５０がカウントする第１期間と第２期間が同一である例を示したが、本実施形態では、第１期間と第２期間は異なる長さの期間であってもよい。
【００６３】
また本実施形態のモーター駆動装置２００は、期間設定レジスター２３６、モード設定レジスター２３７、閾値設定レジスター２３８を含む。期間設定レジスター２３６には、ディケイステートの期間であるディケイ期間の長さ（レジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ、Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ）が設定される。またモード設定レジスター２３７には、ディケイステートでのディケイモードとして、モーター２８０の駆動電流の低下速度が異なる複数のディケイモード（レジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｍｏｄｅ）が設定される。また閾値設定レジスター２３８には、モーター２８０を駆動する駆動電流の閾値（チョッピング電流Ｉｃｈ）が設定される。
【００６４】
後述するように、本実施形態ではこれらのレジスター値を書き替えることによりモーター２８０の駆動電流を変化させ、モーター２８０の回転数を制御している。そのため、例えばホストからレジスター部２３５に書き込みを行ったときの書き込みミスや、或は不正なレジスター値が書き込まれる等の不具合が想定される。このような不具合が起きるとモーター駆動が正常に行われない可能性があるが、本実施形態によれば、ステート遷移が起きずにウォッチドッグタイマー２５０がタイムアウトすることでフェールセーフ機能が働くので、このような不具合にも対処可能である。
【００６５】
５．ディケイモード
次に、図９〜図１５を用いてディケイモードの詳細について説明する。図９〜図１０（Ｂ）は、ブリッジ回路２１０のディケイ動作の説明図である。図１１〜図１３は、各ディケイモードにおける駆動電流の特性例である。図１４、図１５は、ディケイモードを用いたモーター制御手法の説明図である。なお、ファーストディケイ期間ＴＦＤは図５（Ｂ）のレジスター値Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ＝Ｔｆｓに対応し、スローディケイ期間ＴＳＤは、レジスター値Ｒｅｇ＿Ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ、Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅの差分Ｔｄ−Ｔｆｓに対応する。
【００６６】
まず、ファーストディケイモードについて説明する。ファーストディケイモードでは、図１１に示すように、チャージ動作（図２）を行うチャージ期間ＴＣと、ファーストディケイ動作を行うファーストディケイ期間ＴＦＤとを繰り返す。同期整流を行う場合のファーストディケイ動作では、図３に示すように、トランジスターＱ２、Ｑ３がオンになり、トランジスターＱ１、Ｑ４がオフになり、トランジスターＱ２、Ｑ３を介して電力回生を行う。また非同期整流を行う場合のファーストディケイ動作では、図１０（Ａ）に示すように、トランジスターＱ１〜Ｑ４がオフになり、ダイオードＤ２、Ｄ３を介して電力回生を行う。いずれの場合にも、モーター２８０の両端には駆動電流と逆方向に電流を流そうとする電圧がかかるので、ファーストディケイ期間ＴＦＤにおける駆動電流の減少速度（傾き）は大きくなる。
【００６７】
次に、スローディケイモードでは、図１２に示すように、チャージ期間ＴＣと、スローディケイ動作を行うスローディケイ期間ＴＳＤとを繰り返す。同期整流を行う場合のスローディケイ動作では、図９に示すように、トランジスターＱ３、Ｑ４がオンになり、トランジスターＱ１、Ｑ２がオフになり、トランジスターＱ３、Ｑ４を介してグランド電圧へ電流が流れる。また非同期整流を行う場合のスローディケイ動作では、トランジスターＱ４がオンになり、トランジスターＱ１〜Ｑ３がオフになり、ダイオードＤ３とトランジスターＱ４を介してグランド電圧へ電流が流れる。いずれの場合にも、惰性でモーター２８０が回転を続けるだけなので、スローディケイ期間ＴＳＤにおける駆動電流の減少速度（傾き）はファーストディケイ期間ＴＦＤに比べて小さくなる。
【００６８】
次に、ミックスドディケイモードでは、図１３に示すように、チャージ期間ＴＣとファーストディケイ期間ＴＦＤとスローディケイ期間ＴＳＤとを繰り返す。即ち、まずチャージ期間ＴＣからファーストディケイ期間ＴＦＤへ移行し、駆動電流が急速に低下する。そして、スローディケイ期間ＴＳＤへ移行し、駆動電流の低下が緩やかになる。
【００６９】
次に、モーター回転数を変化させるときのディケイモードを用いた制御手法について説明する。図１４に、スローディケイモードのみを用いた場合の駆動電流の変化を模式的に示す。
【００７０】
図１４に示すように、モーター回転数を上昇させる場合、チョッピング電流Ｉｃｈの設定値を段階的に大きくしていく。チョッピング電流Ｉｃｈの設定値が大きくなった直後は、駆動電流が新たなチョッピング電流Ｉｃｈに達するまでチャージ期間が続き、その後、チャージ期間とスローディケイ期間を定常的に繰り返す。一方、モーター回転数を下降させる場合、チョッピング電流Ｉｃｈの設定値を段階的に小さくしていく。スローディケイモードでは、駆動電流の上下が小さいのでモーター回転数をより安定にすることができるが、駆動電流の下降速度が小さいので、チョッピング電流Ｉｃｈの下降に対して追従性が悪く、所望の速さでモーター回転数を変化させることができない。
【００７１】
そこで本実施形態では、モーター回転数を下降させるときにファーストディケイモードやミックスドディケイモードを用いる。図１５に、その場合の駆動電流の変化を模式的に示す。
【００７２】
図１５に示すように、チョッピング電流Ｉｃｈの設定値を小さくしたとき、まずファーストディケイモードに設定する。小さくなったチョッピング電流Ｉｃｈを下回るまではコンパレーター２２０の出力信号ｃｍｐ＿ｏｕｔがハイレベルのままなので、チャージ期間はほぼゼロとなり、ディケイ動作が続く。チョッピング電流Ｉｃｈを下回ったらミックスドディケイモードに設定し、チャージ動作とファーストディケイ動作とスローディケイ動作を定常的に繰り返す。この動作は、レジスター値Ｒｅｇ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅ、Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅに従って行われる。このように、ファーストディケイモードやミックスドディケイモードを用いることで、駆動電流の下降速度が大きくなり、チョッピング電流Ｉｃｈの下降に追従させることができる。
【００７３】
以上に説明したように、本実施形態では３つのディケイモードを切り替えてモーター２８０を制御するため、レジスター値が頻繁に書き替えられることになる。そのため、書き込み不良や設定値のミスが起きる可能性も高くなる。例えば、スローディケイモードに設定したつもりが意図せず他のディケイモードになっていると、図５（Ｂ）に示すように無効となっているはずのレジスター値Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅが有効になる。このときレジスター値Ｒｅｇ＿Ｆａｓｔ＿ｄｅｃａｙ＿ｔｉｍｅに意図しない大きな値が設定されていると、前述したようにディケイ動作において駆動電流が下降しすぎて反転し、モーター２８０が逆回転する可能性がある。この点、本実施形態によれば、遷移条件が満たされないままウォッチドッグタイマー２５０がタイムアウトした場合に異常ステートＩＳへ遷移させるので、モーター２８０の誤動作や破損を防止できる。
【００７４】
６．電子機器
図１６に、本実施形態のモーター駆動装置２００（モータードライバー）が適用された電子機器の構成例を示す。電子機器は、処理部３００、記憶部３１０、操作部３２０、入出力部３３０、モーター駆動装置２００、これらの各部を接続するバス３４０、モーター２８０を含む。以下ではモーター駆動によりヘッドや紙送りを制御するプリンターを例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されず、種々の電子機器に適用可能である。
【００７５】
入出力部３３０は例えばＵＳＢコネクターや無線ＬＡＮ等のインターフェースで構成され、画像データや文書データが入力される。入力されたデータは、例えばＤＲＡＭ等の内部記憶装置である記憶部３１０に記憶される。操作部３２０により印刷指示を受け付けると、処理部３００は、記憶部３１０に記憶されたデータの印刷動作を開始する。処理部３００は、データの印刷レイアウトに合わせてモーター駆動装置２００に指示を送り、モーター駆動装置２００は、その指示に基づいてモーター２８０を回転させ、ヘッドの移動や紙送りを行う。
【００７６】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また制御回路、ウォッチドッグタイマー、ブリッジ回路、モーター駆動装置、電子機器の構成・動作や、モーター駆動手法、ステート遷移制御の手法等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
２００  モーター駆動装置、２１０  ブリッジ回路（モーター駆動回路）、
２２０  コンパレーター（電圧検出回路）、２３０  基準電圧生成回路、
２３５  レジスター、２３６  期間設定レジスター、
２３７  モード設定レジスター、２３８  閾値設定レジスター、
２４０  制御回路、２５０  ウォッチドッグタイマー、
２６０  プリドライバー、２６１〜２６４  バッファー、
２７０  クロック生成回路、２８０  モーター、２９０  センス抵抗、
３００  処理部、３１０  記憶部、３２０  操作部、３３０  入出力部、
３４０  バス、
ｃｌｋ  クロック信号、ｃｍｐ＿ｏｕｔ  コンパレーターの出力信号、
ＣＳ  チャージステート、Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード、
ＦａｓｔＤＳ  ファーストディケイステート、Ｇ１〜Ｇ４  駆動信号、
Ｉｃｈ  チョッピング電流、ＩＤＥＬ  アイドルステート、
ＩＳ  異常ステート、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２  端子、
Ｑ１〜Ｑ４  トランジスター、ＲＮＦ  端子、
ＳｌｏｗＤＳ  スローディケイステート、
ＴＣ，ＴＣ１，ＴＣ２  チャージ期間、ＴＤ１，ＴＤ２  ディケイ期間、
ＴＦＤ  ファーストディケイ期間、ＴＳＤ  スローディケイ期間、
ＶＣＣ  電源電圧、ＶＲ  基準電圧、Ｖｒｅｆ  リファレンス電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2014192919.tif 000017
【図１６】
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