(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の駆動コイルに駆動電流を供給する駆動回路と、前記複数相の各駆動コイルに発生する逆誘起波形と前記複数相の駆動コイルの出力波形を合成したモータの合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較する複数の位置検出用コンパレータと、前記位置検出用コンパレータのコンパレータ出力に基づいて制御信号を発生する制御回路と、該制御回路の制御信号にて順次オン・オフされて前記駆動回路に駆動電流を供給する出力トランジスタと、を備え、
前記複数の位置検出用コンパレータは、抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタを有する第１コンパレータと、第２コンパレータとからなり、前記第１コンパレータと前記第２コンパレータとを、前記モータの回転速度に応じて発生するスイッチング信号で切替え、前記モータの回転数が所定回転数より低いとき前記第１コンパレータにて前記逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較し、前記モータの回転数が前記所定回転数より高いとき前記第２コンパレータにて前記逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較することを特徴とするセンサレスモータ駆動回路。
【請求項２】
前記第１コンパレータは、ベースに逆誘起波形が加えられる第１トランジスタと、ベースに合成電圧波形又は中性点電圧波形が加えられる第２トランジスタと、前記第１及び第２トランジスタのベースに接続した抵抗とコンデンサで構成される前記ノイズ除去用フィルタと、を有し、前記第２コンパレータは、ベースに逆誘起波形が加えられる第３トランジスタと、ベースに合成電圧波形又は中性点電圧波形が加えられる第４トランジスタと、を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【請求項３】
前記スイッチング信号は、キックバックパルスをマスクするマスキング領域内で発生し、前記第１コンパレータと前記第２コンパレータとを切替えることを特徴とする請求項１に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【請求項４】
前記スイッチング信号を発生する回路はモータの回転数に応じて電圧制御信号を発生する電圧制御発振器と、前記電圧制御信号と基準電圧とを比較するコンパレータと、端子Ｄにコンパレータの出力信号が加えられ、クロック端子ＣＬＫにマスキング信号が加えられるフリップフロップとからなり、前記フリップフロップを端子Ｄに加えられるコンパレータの出力信号が変化した後のマスキング開始の立上がりパルスをエッジとして非反転又は反転し、スイッチング信号を発生することを特徴とする請求項３に記載のセンサレスモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出用コンパレータに設けられた抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタが、高速回転するセンサレスモータに対して影響を与えないようにしたセンサレスモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセンサレスモータ駆動回路では出力トランジスタのオフ区間での駆動コイルに現れる逆誘起波形と駆動コイルに生じるモータの中点電圧波形又は各相の出力信号を抵抗で合成した合成電圧波形とを位置検出用のコンパレータで比較し、コンパレータよりコンパレータ出力を得て、該コンパレータ出力に基づいてロジック回路より制御信号を発生させ、前記制御信号で出力トランジスタを順次オン・オフさせて駆動コイルに駆動電流を検出し、モータを回転させている。
【０００３】
即ち図２に示すように１、２、３はモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイルであり、４、５、６はモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各駆動コイル１、２、３に対応する位置検出用コンパレータであり、位置検出用コンパレータ４、５、６の一方の入力端子にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイル１、２、３に誘起される逆誘起波形Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが印加され、他の入力端子には共通接続端ＣＯＭの中性点電圧波形又はモータの合成電圧波形Ｖｃｏが印加される。
【０００４】
前記位置検出用コンパレータ４、５、６の前記各入力端子間には出力トランジスタ１０〜１５のオフ領域において誤動作の原因となるノイズを除去するノイズ除去用フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３を構成するコンデンサ７、８、９と抵抗２８ｃ、２８ｄ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆが接続されている。
【０００５】
前記出力トランジスタ１０、１１はＰＮＰ型およびＮＰＮ型をなしＵ相の駆動コイル１に駆動電流を供給するものであり、そのエミッタ・コレクタ路を電源Ｖｃｃおよび接地間に直列接続され、コレクタ共通接続点は駆動コイル１の一端に接続されている。
【０００６】
同様に、出力トランジスタ１２、１３はＶ相の駆動コイル２に駆動電流を供給するためのＰＮＰ型およびＮＰＮ型のであり、そのエミッタ・コレクタ路を電源Ｖｃｃおよび接地間に直列接続され、コレクタ共通接続点は駆動コイル２の一端に接続されている。
【０００７】
更に出力トランジスタ１４、１５はＷ相の駆動コイル３に駆動電流を供給するためのＰＮＰ型およびＮＰＮ型のであり、そのエミッタ・コレクタ路を電源Ｖｃｃおよび接地間に直列接続され、コレクタ共通接続点は駆動コイル３の一端に接続されている。
【０００８】
１６はロジック回路であり、位置検出用コンパレータ４、５、６のコンパレータ出力に基づいて前記出力トランジスタ１０〜１５を駆動するための６種類の制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅ、Ｕｓｉｎｋ、Ｖｓｏｕｒｃｅ、Ｖｓｉｎｋ、Ｗｓｏｕｒｃｅ、Ｗｓｉｎｋを出力する。制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅはバッファ１７を介して出力トランジスタ１０のベースに印加される。制御信号Ｕｓｉｎｋはインバータ１８を介して出力トランジスタ１１のベースに印加される。
【０００９】
図３において、上述の構成をなしているＶ相を例に説明するとＡ期間の電気角１２０度だけローレベルとなる制御信号ＶｓｏｕｒｃｅとＢ期間の電気角１２０度だけローレベルとなる制御信号Ｖｓｉｎｋが出力され、同様に前記より正回転時に電気角１２０度位相が進みローレベルとなる制御信号Ｗｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｗｓｉｎｋ及びさらに正回転時に１２０度位相が進みローレベルとなる制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｕｓｉｎｋが出力される。
【００１０】
従ってＡ期間は、電源側の出力トランジスタ１２がオンすると共に、最初電気角６０度は出力トランジスタ１５がオンし、続いて出力トランジスタ１１がオンし、Ｂ期間は接地側の出力トランジスタ１３オンすると共に、最初電気角６０度は出力トランジスタ１０がオンし、続いて出力トランジスタ１４がオンする。
【００１１】
図３に示すようにこのＡ、Ｂ両期間以外の期間は両出力トランジスタ１２、１３が共にオフしている期間で駆動コイル２には駆動信号が発生しないので、逆誘起波形Ｖｖを発生する。また駆動コイル１、３にも同様に逆誘起波形Ｖｕ、Ｖｗを発生する。
【００１２】
例えば駆動コイル２に発生する逆誘起波形Ｖｖは位置検出用コンパレータ５の入力に加えられる。前記位置検出用コンパレータ５の他の入力には中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられ、該位置検出用コンパレータ５で比較されコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを発生し、ロジック回路１６に加えられて前記制御信号Ｖｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｖｓｉｎｋを発生する。
【００１３】
同様に前記駆動コイル１に発生する逆誘起波形Ｖｕは位置検出用コンパレータ４の入力に加え、又駆動コイル３に発生する逆誘起波形Ｖｗは位置検出用コンパレータ６の入力に加えられる。前記位置検出用コンパレータ４、６の他方の入力には中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられ、該位置検出用コンパレータ４、６で比較されコンパレータ出力ＣＯＭＰｕ又はＣＯＭＰｗを発生し、ロジック回路１６に加えられて前記制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｕｓｉｎｋ及び制御信号Ｗｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｗｓｉｎｋを発生する。
【００１４】
ところで駆動コイルの端子に接続された他相の出力トランジスタのスイッチング動作やパターン引き回し等の容量成分の影響で出力トランジスタのオフ領域区間においてノイズを誘起することがある。
【００１５】
特に起動時、モータ回転はゼロであり逆誘起波形が発生しないため、モータの任意のコイル間に通電させたときに発生するモータの僅かな振動により発生する逆誘起波形を拾ってモータを正常に起動させねばならない。前述のように逆誘起波形が小さいためコンパレータの入力端子に前記ノイズを拾ってしまう。
【００１６】
そのために、位置検出用コンパレータの入力間に抵抗とコンデンサで構成するノイズ除去用フィルタを接続している。
【００１７】
【発明が解決するための課題】
前述したように起動特性を改善するために、前記位置検出用コンパレータの入力間に抵抗とコンデンサで構成するノイズ除去用フィルタを接続すると、起動特性は改善されるがモータの高速回転時に前記抵抗とコンデンサで構成するノイズ除去用フィルタによる位相ずれが無視できなくなり、出力トランジスタの通電タイミングの遅れが大きくなり、回転効率が下がる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明における複数の位置検出用コンパレータは、抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタを有する第１コンパレータと、第２コンパレータとからなり、第１コンパレータと第２コンパレータとを、モータの回転速度に応じて発生するスイッチング信号で切替え、モータの回転数が所定回転数より低いとき第１コンパレータにて逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較し、モータの回転数が所定回転数より高いとき第２コンパレータにて前記逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較するようにしたセンサレスモータ駆動回路に関する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に従って説明する。
【００２０】
図２において、モータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイル１、２、３はＹ結線され、一端を各相の駆動回路に接続し、他端を共通接続端ＣＯＭに接続されている。
【００２１】
位置検出用コンパレータ４、５、６はモータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各駆動コイル１、２、３に対応するであり、位置検出用コンパレータ４、５、６の一方の入力端子にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイル１、２、３に誘起された逆誘起波形Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが印加され、他の入力端子にはモータの合成電圧波形又は中性点電圧波形Ｖｃｏ（以下中性点電圧波形Ｖｃｏと略す）が加えられる。
【００２２】
図１に示すように前記位置検出用コンパレータ５はベースに駆動コイル２の逆誘起波形Ｖｖが加えられる第１トランジスタ２５と、ベースに中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられる第２トランジスタ２６とよりなる第１コンパレータ２７と、ベースに駆動コイル２の前記逆誘起波形Ｖｖが加えられる第３トランジスタ２９と、ベースに中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられる第４トランジスタ３０とよりなる第２コンパレータ３１とにより構成される。
【００２３】
前記第１コンパレータ２７の第１トランジスタ２５と第２トランジスタ２６のベースには前記ノイズ除去用フィルタＦ２を構成するコンデンサ８と抵抗２８ｃ、２８ｄが接続されているが、第２コンパレータ３１の第３トランジスタ２９と第４トランジスタ３０のベース間には抵抗とコンデンサで構成するノイズ除去用フィルタが接続されていない。
【００２４】
前記第１トランジスタ２５と第２トランジスタ２６の共通接続されたエミッタには第１定電流トランジスタ３２のコレクタが接続され、該第１定電流トランジスタ３２のベースにはコレクタ・ベースがショートしたトランジスタ３７を接続し電流ミラー回路を構成すると共に、前記第１定電流トランジスタ３２のベースには制御用の第１ＭＯＳトランジスタ３４が接続されている。３９ａは前記トランジスタ３７に接続した定電流源である。
【００２５】
同様に前記３トランジスタ２９と第４トランジスタ３０の共通接続されたエミッタには第２定電流トランジスタ３５のコレクタが接続され、該第２定電流トランジスタ３５のベースにはコレクタ・ベースがショートしたトランジスタ３８を接続し電流ミラー回路を構成すると共に、前記第２定電流トランジスタ３５のベースには制御用の第２ＭＯＳトランジスタ３６が接続されている。３９ｂは前記トランジスタ３７に接続した定電流源である。
【００２６】
また、トランジスタ５１、５２、５６及びトランジスタ５３、５４、５５は前記第１及び第２コンパレータ２７、３１に接続された電流ミラー回路であり、ロジック回路１６にコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを出力する。
【００２７】
４０は前記第１及び第２ＭＯＳトランジスタ３４、３６を切替えるスイッチング信号を発生するＰＬＬ回路で、モータの回転速度に応じてロジック回路１６から発生する速度検知信号３ＦＧと電圧制御発振器４１の発振信号を分周器４２でＮ分周された分周信号が加えられる位相比較器４３と、該位相比較器４３のパルス出力信号をフイルタするフイルタ４４とよりなる。
【００２８】
４５はフイルタ４４よりの制御電圧信号と基準電圧とを比較するコンパレータ、  ４９はフリップフロップで、端子Ｄには該コンパレータ４５の出力信号が加えられ、端子ＣＬには出力トランジスタ１０〜１５がオフするときに発生するキックバックパルスをマスクするための電気角６０度周期でオン・オフを繰返すマスクキング信号ＭＳＫが加えらている。またリセット端子Ｒにはモータの停止時ローレベルで、回転を開始するとハイレベルとなるスタート信号Ｓが加えられる。
【００２９】
尚前記マスクキング信号ＭＳＫについては本出願人が出願し、公開された公開公報特開平１０−１４６０８９号公報に記載されている。
【００３０】
前述においては位置検出用コンパレータ５に関してのみ記述したが、位置検出用コンパレータ４及び位置検出用コンパレータ６も同様の構成をなしている。
【００３１】
図３にしたがって次に動作をＶ相を中心に説明すると、Ａ期間の電気角１２０度だけローレベルとなる制御信号ＶｓｏｕｒｃｅとＢ期間の電気角１２０度だけローレベルとなる制御信号Ｖｓｉｎｋが出力され、同様に前記より正回転時に電気角１２０度位相が進みローレベルとなる制御信号Ｗｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｗｓｉｎｋ及びさらに正回転時に１２０度位相が進みローレベルとなる制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｕｓｉｎｋが出力される。
【００３２】
従ってＡ期間は電源側の出力トランジスタ１２がオンすると共に、最初の電気角６０度は出力トランジスタ１５がオンし、続いて出力トランジスタ１１がオンし駆動コイル２に矢印方向に駆動電流を流し、Ｂ期間は接地側の出力トランジスタ１３オンすると共に、最初電気角６０度は出力トランジスタ１０がオンし、続いて出力トランジスタ１４がオンし、駆動コイル２に反矢印方向に駆動電流を流しモータを回転する。
【００３３】
このＡ、Ｂ両期間以外の期間は両出力トランジスタ１２、１３が共にオフしている期間で、駆動コイル２には駆動信号が発生しないので、逆誘起波形Ｖｖを発生する。駆動コイル１、３にも同様なタイミングとなったとき逆誘起波形Ｖｕ、Ｖｗを発生する。
【００３４】
前記駆動コイル２に発生する逆誘起波形Ｖｖ、は位置検出用コンパレータ５の入力に加えられる。又前記位置検出用コンパレータ５の他の入力には中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられ、該位置検出用コンパレータ５で比較されコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを発生し、ロジック回路１６に加えられて前記制御信号Ｖｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｖｓｉｎｋを発生する。
【００３５】
同様に前記駆動コイル１に発生する逆誘起波形Ｖｕは位置検出用コンパレータ４の入力に加え、又駆動コイル３に発生する逆誘起波形Ｖｗは位置検出用コンパレータ６の入力に加えられる。前記位置検出用コンパレータ４、６の他方の入力には中性点電圧波形Ｖｃｏが加えられ、該位置検出用コンパレータ４、６で比較されコンパレータ出力ＣＯＭＰｕ又はＣＯＭＰｗを発生し、ロジック回路１６に加えられて前記制御信号Ｕｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｕｓｉｎｋ及び制御信号Ｗｓｏｕｒｃｅと制御信号Ｗｓｉｎｋを発生する。
【００３６】
ところで駆動コイルの端子に接続された他相の出力トランジスタのスイッチング動作やパターン引き回し等の容量成分の影響で出力トランジスタのオフ領域区間においてノイズを誘起することがある。
【００３７】
そのためモータの回転数が低い時は第１コンパレータ２７を動作され、第１コンパレータ２７よりコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを出力する。
【００３８】
即ちモータの停止時にフリップフロップ４９のリセット端子Ｒに加わるスタート信号Ｓはローレベルでリセット状態であるので、前記フリップフロップ４９の端子Ｑはローレベルである。モータが回転しリセット端子Ｒに加わるスタート信号がハイレベルとなっても、モータの回転数が低いときは速度検知信号３ＦＧの周波数が低く、フイルタ４４の出力である電圧制御信号はコンパレータ４５の基準信号電圧ｒｅｆより低いため、該コンパレータ４５よりの出力信号はローレベルである。よってフリップフロップ４９の端子Ｑはローレベルで、端子−Ｑはハイレベルとなる。
【００３９】
従って第１ＭＯＳトランジスタ３４がオフし第１定電流トランジスタ３２がバイアス状態となり、又第２ＭＯＳトランジスタ３６がオンし第２定電流トランジスタ３５が非バイアス状態となるので、位置検出用コンパレータ５の第１コンパレータ２７のみが動作されるためコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを発生する。
【００４０】
この第１コンパレータ２７を構成する第１トランジスタ２５と第２トランジスタ２６のベース間には、ノイズ除去用フィルタＦ２を構成するコンデンサ８が接続される。また、第１トランジスタ２５と第２トランジスタ２６のベースには、ノイズ除去用フィルタＦ２を構成する抵抗２８ｄ、２８ｃの一端が接続される。そして、逆誘起波形Ｖｖが抵抗２８ｄの他端に印加され、中性点電圧波形Ｖｃｏが抵抗２８ｃの他端に印加されるので、ノイズは除去され起動特性を向上させる。
【００４１】
次にモータの回転数が高くなり逆誘起波形の周期が短くなると、速度検知信号３ＦＧの周波数も高くなり位相比較器４３の出力電圧信号が高くなるので、フイルタ４４の出力である電圧制御信号がコンパレータ４５の基準信号ｒｅｆより大きくなり、コンパレータ４５よりの出力信号はハイーレベルとなり、前記フリップフロップ４９の端子Ｄをハイレベルとする。
【００４２】
このときフリップフロップ４９のクロック端子ＣＬＫには前述したようなマスキング信号が加わる。前記マスキング信号はハイレベルでキックバックパルスをマスキングするので、前記マスキング信号ＭＳＫの立上がりエッジで前記フリップフロップ４９を反転すれば、マスク領域内でフリップフロップ４９を反転し端子Ｑをハイレベルとし端子−Ｑをローレベルとする。
【００４３】
その結果第１ＭＯＳトランジスタ３４がオンし第２ＭＯＳトランジスタ３６がオフしているので、第１定電流トランジスタ３２は非バイアス状態となり、位置検出用コンパレータ５の第１コンパレータ２７が不動作され、又第２定電流トランジスタ３５がバイアス状態となり、第２コンパレータ３１が動作される。そのため今度はコンパレータ出力ＣＯＭＰｖを発生するが、前記第３トランジスタ２９と第４トランジスタ３０のベースには、抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタが接続されていないので、前記逆誘起波形Ｖｖは位相ずれを起こすことはない。
【００４４】
モータの回転数が再び低くなったときは速度検知信号３ＦＧの周波数が低くなり、フイルタ４４よりの電圧制御信号はコンパレータ４５の基準信号電圧ｒｅｆより低くなり、該コンパレータ４５よりの出力信号はローレベルとなる。
【００４５】
この状態でフリップフロップ４９のクロック端子ＣＬＫにマスキング信号ＭＳＫが加わわると、前記マスキング信号ＭＳＫの立上がりエッジで前記フリップフロップ４９を反転すれば、マスク領域内でフリップフロップ４９を反転し端子Ｑをローレベルとし端子−Ｑをハイレベルとしその状態を保持する。
【００４６】
その結果、第１ＭＯＳトランジスタ３４がオフし第１定電流トランジスタ３２がバイアス状態となり、又第２ＭＯＳトランジスタ３６がオンし第２定電流トランジスタ３５が非バイアス状態となるので、再び位置検出用コンパレータ５の第１コンパレータ２７が動作され、第１コンパレータ２７コンパレータ出力ＣＯＭＰｖを発生する。
【００４７】
位置検出用コンパレータ５について説明したが、位置検出用コンパレータ４、６についても全く同様で、モータの回転数が所定回転数より低いときは、抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタを有する第１コンパレータが動作してコンパレータ出力ＣＯＭＰｕあるいはコンパレータ出力ＣＯＭＰｗを発生し、モータの回転数が所定回転数より高くなると、前記ノイズ除去用フィルタを有していない第２コンパレータが動作して、コンパレータ出力ＣＯＭＰｕあるいはコンパレータ出力ＣＯＭＰｗを発生する。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のセンサレスモータ駆動回路において、複数の位置検出用コンパレータは、抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタを有する第１コンパレータと、第２コンパレータとからなり、第１コンパレータと第２コンパレータとを、モータの回転速度に応じて発生するスイッチング信号で切替え、モータの回転数が所定回転数より低いとき第１コンパレータにて逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較するので、出力トランジスタのオフ時に発生するノイズを除去でき良好な起動特性を得ることができる。
【００４９】
しかもモータの回転数が所定回転数より高いとき第２コンパレータにて前記逆誘起波形と合成電圧波形又は中性点電圧波形とを比較するようにしたため、前記抵抗とコンデンサで構成されるノイズ除去用フィルタにて位相ずれを起こすことがなく、高速領域で効率が良い駆動ができる。
【００５０】
又前記第１コンパレータと第２コンパレータとの切替はキックパルスをマスキングするマスキング領域で行うので、前記第１コンパレータと第２コンパレータの切替がロジック動作に影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサレスモータ駆動回路を説明する回路図である。
【図２】本発明及び従来のセンサレスモータ駆動回路に用いる位置検出用コンパレータの一例を示す回路図である。
【図３】本発明及び従来のセンサレスモータ駆動回路の各部分の信号波形図である。
【符号の説明】
１、２、３  駆動コイル
４、５、６  位置検出用コンパレータ
７、８、９  コンデンサ
１０、１１、１２、１３、１４、１５  出力トランジスタ
１６  ロジック回路
２５  第１トランジスタ
２６  第２トランジスタ
２７  第１コンパレータ
２８ａ、２８ｂ  抵抗
２９  第３トランジスタ
３０  第４トランジスタ
３１  第２コンパレータ
３４  第１ＭＯＳトランジスタ
３６  第２ＭＯＳトランジスタ
４０  ＰＬＬ回路
４５  コンパレータ
４９  フリップフロップ
【図１】
0003561674.tif 000002
【図２】
0003561674.tif 000003
【図３】
0003561674.tif 000004