(57)【要約】  【課題】  ＣＰＵを使用することなく簡単な回路構成でステッピングモータの駆動トルク期間と保持トルク期間を生成する。  【解決手段】  モータドライブ回路３に供給する電流設定信号Ｃを、入力するモータ駆動パルスＤが“Ｈ”から“Ｌ”に変化する時点から所定時間だけ駆動トルク用とし、該所定時間が経過した後の再度モータ駆動パルスが“Ｈ”から“Ｌ”に変化する時点までを保持トルク用とするオートカレントダウン回路５を設ける。このオートカレントダウン回路５は、キャパシタ１０８と、該キャパシタ１０８に充電電流を供給する充電回路１０５と、該キャパシタ１０８の電荷を放電する放電回路１０６と、キャパシタ１０８の充電電圧と基準電圧Ｖref１、Ｖref２とモータ駆動パルスＤの論理に応じて前記電流設定信号Ｃを前記駆動トルク用と前記保持トルク用とで切り替えるモータ電流設定切替回路１０９とを具備する。【選択図】  図３
2006014419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータドライブ回路に供給する電流設定信号を、入力するモータ駆動パルスの第１の変化時点から所定時間だけ駆動トルク用とし、該所定時間が経過した後の再度前記第１の変化時点までを保持トルク用とするオートカレントダウン回路を有するステッピングモータ駆動回路であって、
前記オートカレントダウン回路は、キャパシタと、該キャパシタに充電電流を供給する充電回路と、該キャパシタの電荷を放電する放電回路と、前記電流設定信号を前記駆動トルク用と前記保持トルク用とで切り替えるモータ電流設定切替回路とを具備し、
前記モータ電流設定切替回路は、前記キャパシタの電圧が充電中に第１の基準電圧を超えると前記電流設定信号を前記保持トルク用に切り替え、前記キャパシタの電圧が放電されて前記第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧を下回ると前記電流設定信号を前記駆動トルク用に切り替え、
前記放電回路は、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧を超えているときに前記モータ駆動パルスが前記第１の変化を生じると前記キャパシタの電圧を放電させ、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回ると該放電を停止し、
前記充電回路は、前記放電回路が放電動作を停止すると前記キャパシタの充電を開始する、
ことを特徴とするステッピングモータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のステッピングモータ駆動回路において、
前記モータ電流設定切替回路は、電源端子間に直列接続された分圧用の第１および第３の抵抗と、スイッチ素子を介して該第３の抵抗に並列接続された第２の抵抗とを具備し、
該スイッチ素子は、前記キャパシタの電圧が充電中に第１の基準電圧を超えると導通して前記第１および第３の抵抗の共通接続点に現れる前記電流設定信号を前記保持トルク用に切り替え、前記キャパシタの電圧が放電されて前記第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧を下回ると前記電流設定信号を前記駆動トルク用に切り替えることを特徴とするステッピングモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの駆動トルクと保持トルクを制御するステッピングモータ駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータの巻線に供給される電流は、駆動電流と保持電流に分けられる。駆動電流はロータを回転させるための回転角や回転方向に応じた電流であり、駆動トルク期間だけ供給される。保持電流はロータの停止状態（回転位置）を保持するための電流であり、駆動電流よりも小さくかつ継続して巻線に通電しても発熱焼損の起こらない電流で、保持トルク期間だけ供給される。
【０００３】
上記のような電流を制御する技術として、図６に示すように、ＲＡＭやＲＯＭを有するＣＰＵ２０１と、モータ保護回路２０２Ａをもつモータ制御回路２０２と、モータドライブ回路２０３とによりステッピングモータ２０４を駆動するステッピングモータ駆動回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ステッピングモータ２０４が停止状態にあるときには、ＣＰＵ２０１によってその停止状態を検出してモータ保護回路２０２Ａにトリガ信号Ｆを与え、電流設定信号Ｃとしてモータ保護回路２０２Ａからモータ巻線を保護しながら保持トルクを発生する保持電流をモータドライブ回路２０３に出力し、モータ巻線が発熱焼損することがないように保護している。
【特許文献１】特開２００２−１１９１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、図６に示したステッピングモータ駆動回路では、ＣＰＵを使用するために、信号処理やモータ停止を検出するソフトウエアが必要であった。このような技術は、現実的にはモータを多数使用するような装置においては、これを１個のＣＰＵで処理する場合にその負担が大きくなり、実現が困難であった。ＣＰＵ１個につきモータ１個又は数個が限界であり、全モータについてこのような制御を行うのは大変複雑高価となり、用途が限られていた。
【０００５】
本発明の目的は、ソフトウエアを一切必要とせず、簡単安価にモータの駆動トルク期間と保持トルク期間を生成できるようにしたステッピングモータ駆動回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１にかかる発明のステッピングモータ駆動回路は、モータドライブ回路に供給する電流設定信号を、入力するモータ駆動パルスの第１の変化時点から所定時間だけ駆動トルク用とし、該所定時間が経過した後の再度前記第１の変化時点までを保持トルク用とするオートカレントダウン回路を有するステッピングモータ駆動回路であって、前記オートカレントダウン回路は、キャパシタと、該キャパシタに充電電流を供給する充電回路と、該キャパシタの電荷を放電する放電回路と、前記電流設定信号を前記駆動トルク用と前記保持トルク用とで切り替えるモータ電流設定切替回路とを具備し、前記モータ電流設定切替回路は、前記キャパシタの電圧が充電中に第１の基準電圧を超えると前記電流設定信号を前記保持トルク用に切り替え、前記キャパシタの電圧が放電されて前記第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧を下回ると前記電流設定信号を前記駆動トルク用に切り替え、前記放電回路は、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧を超えているときに前記モータ駆動パルスが前記第１の変化を生じると前記キャパシタの電圧を放電させ、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回ると該放電を停止し、前記充電回路は、前記放電回路が放電動作を停止すると前記キャパシタの充電を開始する、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のステッピングモータ駆動回路において、前記モータ電流設定切替回路は、電源端子間に直列接続された分圧用の第１および第３の抵抗と、スイッチ素子を介して該第３の抵抗に並列接続された第２の抵抗とを具備し、該スイッチ素子は、前記キャパシタの電圧が充電中に第１の基準電圧を超えると導通して前記第１および第３の抵抗の共通接続点に現れる前記電流設定信号を前記保持トルク用に切り替え、前記キャパシタの電圧が放電されて前記第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧を下回ると前記電流設定信号を前記駆動トルク用に切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＣＰＵを使用することなく簡単な回路構成によりステッピングモータの駆動トルク期間と保持トルク期間を生成させることができる。また、その駆動トルク期間はキャパシタの容量によって容易に調整可能であり、回路をＬＳＩ内に構成する場合にはそのキャパシタを外付けとすることにより、変更も可能である。さらに、駆動トルクと保持トルクの大きさの違いは、モータ電流設定切替回路の分圧用の第１〜第３の抵抗により調整可能であり、回路をＬＳＩ内に構成する場合には第２の抵抗を外付けとすることにより特に保持トルクの大きさを変更することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の１つの実施例のステッピングモータ駆動回路のブロック図である。１はモータ駆動パルスＤを発生するモータ駆動パルス発生器、２はモータ駆動パルス発生器１で発生したモータ駆動パルスＤを入力して相励磁信号Ａと相励磁信号Ｂを生成するモータ制御回路、３は相励磁信号Ａ，Ｂおよび電流設定信号Ｃを入力して巻線電流Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２の極性および電流値を決めてステッピングモータ４に供給するモードドライブ回路、５はモータ駆動パルス発生器１で発生したモータ駆動パルスＤを入力してモータの駆動トルク期間と保持トルク期間を決定し、モータドライブ回路３に入力する電流設定信号Ｃを生成するオートカレントダウン回路である。
【００１０】
図２は図１のステッピングモータ駆動回路の動作波形図である。ステッピングモータ４には、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”から“Ｌ”に変化した時点（第１の変化時点）から所定の期間Ｔ１（駆動トルク期間）だけ所定の駆動電流が供給され、その後再度モータ駆動パルスＤが“Ｈ”から“Ｌ”に変化する（第１の変化時点）までの期間Ｔ２（保持トルク期間）は所定の保持電流が供給される。
【００１１】
オートカレントダウン回路５では、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”から“Ｌ”に変化した時点から期間Ｔ１で電流設定信号Ｃを“Ｈ”にし、モータドライブ回路３ではこの期間Ｔ１だけ巻線電流Ａ１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２の電流値を大きくして駆動電流とし、ステッピングモータ４のロータを回転させ、それ以外では小さくして発熱焼損の生じない保持電流とし、ステッピングモータ４のロータ回転位置（角度）を保持する。なお、巻線電流Ａ１，Ａ２は一方が正極のときは他方は負極であり、巻線電流Ｂ１，Ｂ２も同様であるが、図２ではその一方であるＡ１，Ｂ１を示した。
【００１２】
図３はそのオートカレントダウン回路５の機能ブロック図、図４はその回路図である。図３および図４において、１０１は基準電圧Ｖref１を出力する第１の基準電圧源、１０２は基準電圧Ｖref２（Vref２＜Vref１）を出力する第２の基準電圧源、１０３は第１のコンパレータ、１０４は第２のコンパレータ、１０５は電流Ｉ１の電流源（充電回路）、１０６はＮＭＯＳトランジスタＱ２からなる放電回路、１０７はセット優先の第１のＲＳＦＦ回路（モータ電流切替ＦＦ回路）、１０８はキャパシタ（容量Ｃ１）、１０９は抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＮＭＯＳトランジスタＱ１からなるモータ電流設定切替回路、１１０はボルテージホロワからなるバッファ回路、１１１はモータ駆動パルスＤの入力端子、１１２はセット優先の第２のＲＳＦＦ回路（充放電切替ＦＦ回路）、１１３は２個の入力が“Ｌ”のとき出力を“Ｈ”にし、それ以外では出力を“Ｌ”にするＮＯＲ回路である。バッファ回路１１０の出力電圧が図１のモータドライブ回路３に電流設定信号Ｃとして出力し、モータドライブ回路３ではこの信号Ｃに正確に対応する巻線電流がステッピングモータ４のステータの巻線に流れるように負帰還制御が行われる。
【００１３】
さて、ステッピングモータ４のロータが停止してモータ保持状態になっているときは、ＮＯＲ回路１１３の出力が“Ｌ”であり、トランジスタＱ２は遮断しており、電流源１０５の電流Ｉ１によってキャパシタ１０８が充電されてその電圧Ｖｃは上昇し、
Ｖｃ＝Ｉ１×ｔ／Ｃ１                            (1)
となる。ｔは経過時間である。
【００１４】
このようにキャパシタ１０８の電圧Ｖｃが上昇する途中において、Ｖｃ＜Ｖref２のときは、第１のコンパレータ１０３の出力が“Ｌ”、第２のコンパレータ１０４の出力が“Ｈ”であり、第１のＲＳＦＦ回路１０７がリセットされてそのＱ出力は“Ｌ”である。このため、トランジスタＱ１が遮断しており、バッファ回路１１０に入力する電圧Ｖｏは、
Ｖｏ＝ＶＣＣ・Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）              (2)
となる。この電圧がステッピングモータ４の駆動電流用の電流設定信号Ｃとなる。
【００１５】
このとき、モータ駆動パルスＤが“Ｌ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２がセットされてそのＱ出力が“Ｈ”であり、ＮＯＲ回路１１３の出力が“Ｌ”となって、トランジスタＱ２の遮断が継続する。このため、キャパシタ１０８への充電が継続される。また、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２はＳ入力およびＲ入力が共に“Ｈ”となるがＳ入力が優先されてそのＱ出力が“Ｈ”となり、ＮＯＲ回路１１３の出力が同様に“Ｌ”となって、トランジスタＱ２が遮断し、キャパシタ１０８への充電が継続される。つまり、キャパシタ１０８の電圧ＶｃがＶｃ＜Ｖref２のときは、モータ駆動パルスＤの如何に関わらず、電流源１０５からそのキャパシタ１０８への充電が継続される。
【００１６】
次に、キャパシタ１０８への充電が進行して、Ｖref２＜Ｖｃ＜Ｖref１になったときは、第１のコンパレータ１０３は“Ｌ”のままであるが、第２のコンパレータ１０４が“Ｈ”から“Ｌ”となる。このため、第１のＲＳＦＦ回路１０７は以前の状態を保持してそのＱ出力は“Ｌ”のままであり、トランジスタＱ１は遮断した状態を保持し、バッファ回路１１０に入力する電圧Ｖｏは(2)式で示す値となる。
【００１７】
このとき、モータ駆動パルスＤが“Ｌ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２は以前の状態を保持してそのＱ出力は“Ｈ”のままであり、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｌ”の状態を保持し、トランジスタＱ２は遮断し、キャパシタ１０８への充電が継続される。また、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２はリセットされそのＱ出力は“Ｈ”から“Ｌ”に変化するが、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｌ”の状態を保持し、トランジスタＱ２は遮断を保持し、キャパシタ１０８への充電が継続される。つまり、キャパシタ１０８の電圧Ｖｃが上昇してＶref２＜Ｖｃ＜Ｖref１にあるときも、モータ駆動パルスＤの如何に関わらず、電流源１０５からそのキャパシタ１０８への充電が継続される。
【００１８】
次に、キャパシタ１０８への充電がさらに進行して、Ｖref１＜Ｖｃになったときは、第１のコンパレータ１０３は“Ｌ”から“Ｈ”に変わり、第２のコンパレータ１０４は“Ｌ”のままとなる。このため、第１のＲＳＦＦ回路１０７はセットされてそのＱ出力が“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、トランジスタＱ１が導通する。この結果、バッファ回路１１０に入力する電圧Ｖｏは、
Ｖｏ＝ＶＣＣ・Ｒ２・Ｒ３／（Ｒ１・Ｒ２＋Ｒ２・Ｒ３＋Ｒ３・Ｒ１）        (3)
となり、(2)式で得られる電圧よりも低くなる。この電圧がステッピングモータ４の保持電流用の電流設定信号Ｃとなる。
【００１９】
このとき、モータ駆動パルスＤが“Ｌ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２は以前の状態を保持してそのＱ出力は“Ｈ”のままであり、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｌ”の状態を保持し、トランジスタＱ２は遮断し、キャパシタ１０８への充電が継続される。また、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”であれば、第２のＲＳＦＦ回路１１２はリセットされそのＱ出力は“Ｈ”から“Ｌ”に変化するが、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｌ”の状態を保持し、トランジスタＱ２は遮断し、キャパシタ１０８への充電が継続される。つまり、キャパシタ１０８の電圧ＶｃがＶref１＜Ｖｃに上昇したときも、モータ駆動パルスＤの如何に関わらず、電流源１０５からそのキャパシタ１０８への充電が継続される。そして、この後モータ駆動パルスＤが変化しない場合は、キャパシタ１０８の電圧Ｖｃは、電源電圧ＶＣＣまで充電される。
【００２０】
次に、この後、モータ駆動パルスＤが変化した場合を考える。まず、モータ駆動パルスＤが“Ｌ”の状態であった場合に“Ｌ”から“Ｈ”の状態に変化したときは、第２のＲＳＦＦ回路１１２がリセットされそのＱ出力が“Ｌ”に変化するが、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｌ”の状態を保持し、トランジスタＱ２は遮断し、キャパシタ１０８への充電が継続される。
【００２１】
しかし、モータ駆動パルスＤが“Ｈ”の状態であった場合に“Ｈ”から“Ｌ”の状態に変化したときは、第２のＲＳＦＦ回路１１２はそのＱ出力が“Ｌ”の状態から変化しないので、ＮＯＲ回路１１３は両入力が“Ｌ”となって、その出力は“Ｌ”から“Ｈ”の状態に変化し、トランジスタＱ２が導通し、キャパシタ１０８の電荷がこのトランジスタＱ２を経由して放電される。
【００２２】
キャパシタ１０８の放電によって電圧Ｖｃが急激に低下し、Ｖc＜Ｖref２になると、第１のコンパレータ１０３の出力が“Ｌ”となり、第２のコンパレータ１０４の出力が“Ｈ”となり、第１のＲＳＦＦ回路１０７はリセットされてそのＱ出力は“Ｈ”から“Ｌ”となり、トランジスタＱ１が遮断して、バッファ回路１１０に入力する電圧Ｖｏは(2)式によって与えられる電圧に復帰する。
【００２３】
このときは、モータ駆動パルスＤは“Ｌ”であるのて、第２のＲＳＦＦ回路１１２はセットされてそのＱ出力が“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、ＮＯＲ回路１１３の出力は“Ｈ”から“Ｌ”に変化して、トランジスタＱ２が遮断し、キャパシタ１０８は放電から充電に切り替わる。
【００２４】
図５は以上の動作波形の一例を示す図であり、モータ駆動パルスＤ、キャパシタ１０８の充電電圧Ｖｃ、バッファ回路１１０への出力電圧Ｖｏの変化を示している。キャパシタ１０８は、その電圧Ｖｃが基準電圧Ｖref１を超え、かつモータ駆動パルスＤが“Ｈ”から“Ｌ”に変化した時点で放電され、これにより基準電圧Ｖref２を下回ると再度充電され、これが繰り返される。そして、充電電圧ＶｃがＶref２＜Ｖｃ＜Ｖref１の期間Ｔ１だけ、モータ駆動パルスＤの如何に関わらず、トランジスタＱ１が遮断して電圧Ｖｏが(2)式で得られる高い電圧となり、この電圧に応じたモータ駆動電流がステッピングモータ４に供給されてロータが回転駆動される。また、それ以外の期間Ｔ２はトランジスタＱ１が導通して電圧Ｖｏが(3)式で得られる低い電圧となり、この電圧に応じたモータ保持電流がステッピングモータ４に供給されてロータが停止位置で所定の保持トルクで保持される。
【００２５】
ここで、モータ駆動に必要な駆動トルク期間Ｔ１は、キャパシタ１０８の容量Ｃ１、基準電圧Ｖref１，Ｖref２、電流源１０５の電流Ｉ１によって、
Ｔ１＝Ｃ１・（Ｖref１−Ｖref２）／Ｉ１              (4)
により求めることができる。このステッピングモータ駆動回路をＬＳＩ内に構成する場合は、キャパシタ１０８を外付けとしてその容量Ｃ１を変更可能とすることにより、この(4)式により、任意にステッピングモータの駆動トルク期間Ｔ１を変更することができる。
【００２６】
また、ステッピングモータ駆動回路を同様にＬＳＩ内に構成する場合、抵抗Ｒ２を外付けとしてその抵抗値を可変とすることにより、前記した(3)式により、バッファ回路１１０への出力電圧Ｖｏを調整でき、ステッピングモータの保持電流を発熱焼損の生じない最適な電流値に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例のステッピングモータ駆動回路のブロック図である。
【図２】図１のステッピングモータ駆動回路の動作波形図である。
【図３】図１のステッピングモータ駆動回路のうちのオートカレントダウン回路の機能ブロック図である。
【図４】図１のステッピングモータ駆動回路のうちのオートカレントダウン回路の回路図である。
【図５】図４のステッピングモータ駆動回路の動作波形図である。
【図６】従来のステッピングモータ駆動回路のブロックである。
【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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