(57)【要約】【課題】  急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路およびそれを用いたステッピングモータ駆動回路を提供する【解決手段】  ステッピングモータ駆動回路１は、電圧生成回路１０、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、ゲート駆動回路４０、およびＨブリッジ回路５０を備えている。電圧生成回路１０は、電流制御回路１２、コンデンサ１４（容量素子）およびオペアンプ１６を備えている。電流制御回路１２は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる。電流制御回路１２には、コンデンサ１４が接続されている。このコンデンサ１４は、電流制御回路１２において発生する上記電流によって充電および放電される。【選択図】  図１
2006204017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる電流制御回路と、
前記電流制御回路に接続され、前記電流制御回路において発生した前記電流によって充放電される容量素子と、
を備えることを特徴とする電圧生成回路。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧生成回路において、
前記電流制御回路は、
正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる電圧発生回路と、
前記電圧発生回路において発生した前記電圧を電流に変換する変換回路と、
を有する電圧生成回路。
【請求項３】
請求項２に記載の電圧生成回路において、
前記電流制御回路は、前記変換回路において得られた前記電流の流れる向きを制御する方向制御回路を有する電圧生成回路。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれかに記載の電圧生成回路と、
当該電圧生成回路により生成された電圧波形に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、当該電流をステッピングモータに供給する電流供給回路と、
を備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、電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ（ＤＳＣ：Digital Still Camera）やデジタルビデオカメラ（ＤＶＣ：Digital Video Camera）においてズーム・フォーカスの光学レンズを駆動する際、位置制御が容易な２相バイポーラステッピングモータが使用される。このステッピングモータを駆動する際には、２つの極に90度位相差のある擬似正弦波電流を与える。
【０００３】
ステッピングモータの駆動回路としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。図７は、同文献に記載の駆動回路を示すブロック図である。コントロール回路１０１からの信号経路には、ゲート駆動回路１０２を通してブリッジ回路１０３へと繋がる経路Ｐ１と、Ｄ／Ａ変換回路１０４へと向かう経路Ｐ２との2つが存在する。経路Ｐ１は、モータの負荷となるコイルに流す電流の正負の切り替えや、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御によるスイッチングのために、ブリッジ回路内のＭＯＳＦＥＴゲートを制御する信号経路である。経路Ｐ２は、擬似正弦波を生成するブロックを制御する信号経路である。
【０００４】
次に、図７におけるステッピングモータのＰＷＭ制御駆動について簡単に説明する。ステッピングモータに擬似正弦波電流を流すためのＰＷＭ制御は、Ｄ／Ａ変換回路１０４内の電気的可変抵抗（ＥＶＲ：Electrical Variable Resistor）回路から出力される全波整流状の擬似Ｓｉｎ関数基準電圧と三角波とを必要とする。ＥＶＲ回路の構成例を図８に示している。図９（図中左下）に示すように、擬似Ｓｉｎ関数基準電圧は、細かいタイムスケールで見ると、ステップ状（階段状）に変化する電圧波形を呈する。各ステップの電圧値変化量は、当該電圧波形が全体としてＳｉｎ関数に沿うように重み付けされている。そのため、各タイムスケールでの電圧値変化量すなわち階段の高さは、放物線の極値（最大値）に近づくにつれて低くなっていく。この電圧は、図８のＥＶＲ回路において参照電圧ＶＲＥＦを重み付けされた抵抗で分圧することにより生成される。その際、抵抗分割する場所は、スイッチで切り替えられる。
【０００５】
これにより、ＥＶＲ回路からは、ステップ状の擬似Ｓｉｎ関数基準電圧Ｖ１が全波整流状の波形として出力される（図１０、図１１参照）。この基準電圧に三角波発生回路１０５により生成される三角波を足し合わせた電圧値がコンパレータ１０６の正相入力へ入力される。コンパレータ１０６の出力は、図１０に示すように、ゲート駆動回路１０２を通じて、モータに流れる電流を直接制御するＨブリッジ回路１０３のハイサイド側Ｐチャネルのゲートへと伝えられる。Ｈブリッジ回路１０３のＮチャネルのソースとＧＮＤとの間にはセンス抵抗ＲＳが接続されている。また、センス抵抗ＲＳの図中上側すなわちＮチャネルＭＯＳＦＥＴのソース側の電圧値が、コンパレータ１０６の逆相入力へと接続されることにより、フィードバックが形成される。そのため、Ｐチャネルは、インダクタンス負荷のモータ駆動用コイルに擬似正弦波状の電流が流れるようにチョッピングする。
【０００６】
ところで、擬似正弦波は、上述のように一周期で等時間分割されたタイムスケール毎にステップ状に上昇する波形であるため、電流値が急峻に変化するステップエッジの存在が騒音発生の問題となっている。従来の駆動回路では、ＥＶＲの出力端にコンデンサを付けることによって擬似Ｓｉｎ関数基準電圧のステップエッジを鈍らせ、それによりモータ駆動用コイルに与えられる擬似正弦波状の電流値が急峻に変化するのを緩和していた（特許文献２）。
【特許文献１】特開平５−１１４８４８号公報
【特許文献２】特開２００２−７８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２に示すように、上述のコンデンサの容量を大きくすることにより、ステップエッジの滑らかさを増すことができる。しかし、容量を大きくしすぎると、各ステップで電圧が所要の値まで上昇せず、正弦波状の基準電圧を得ることができなくなってしまう。また、容量値を最適化したとしても各ステップの変化時初期（立上がり部分）の急峻な電圧値変化を充分に抑えることは困難である。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路およびそれを用いたステッピングモータ駆動回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による電圧生成回路は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる電流制御回路と、上記電流制御回路に接続され、上記電流制御回路において発生した上記電流によって充放電される容量素子と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この電圧生成回路においては、電流制御回路により階段状に変化する波形をもつ電流を発生させ、その電流によって容量素子を充電または放電する。このとき、その電流は当該階段の各ステップにおいては一定であるので、容量素子にかかる電圧の変化は直線的となる。したがって、上記電流が正弦波に沿って変化することに伴い、直線近似的に正弦波を構成する波形をもつ電圧が生成される。これにより、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路が実現される。
【００１１】
上記電流制御回路は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる電圧発生回路と、上記電圧発生回路において発生した上記電圧を電流に変換する変換回路と、を有していてもよい。この場合、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を簡略な構成で得ることができる。
【００１２】
上記電流制御回路は、上記変換回路において得られた上記電流の流れる向きを制御する方向制御回路を有していてもよい。この場合、方向制御回路によって電流の向きを切り替えることにより、容量素子の充電と放電とを容易に切り替えることができる。
【００１３】
また、本発明によるステッピングモータ駆動回路は、上記電圧生成回路と、当該電圧生成回路により生成された電圧波形に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、当該電流をステッピングモータに供給する電流供給回路と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
この駆動回路においては、上述の電圧生成回路によって生成される電圧波形に基づいて、擬似正弦波状の電流波形を生成する。このため、直線近似的に正弦波を構成する電流波形が得られる。したがって、急峻な変化が充分に抑制された電流をステッピングモータに供給することができるので、騒音を充分に低減することが可能な駆動回路が実現される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路およびそれを用いたステッピングモータ駆動回路が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路の一実施形態を示すブロック図である。ステッピングモータ駆動回路１は、電圧生成回路１０、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、ゲート駆動回路４０、およびＨブリッジ回路５０を備えている。電圧生成回路１０は、擬似正弦波基準電圧を生成する。また、三角波発生回路２０、コンパレータ３０、ゲート駆動回路４０およびブリッジ回路５０は電流供給回路を構成している。電流供給回路は、電圧生成回路１０により生成された基準電圧に基づいて擬似正弦波状の波形をもつ電流を発生させ、その電流をステッピングモータ（図示せず）に供給する。
【００１８】
電圧生成回路１０は、電流制御回路１２、コンデンサ１４（容量素子）およびオペアンプ１６を備えている。電流制御回路１２は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電流を発生させる。電流制御回路１２には、コンデンサ１４が接続されている。具体的には、コンデンサ１４は、一端が電流制御回路１２の出力端に接続され、他端が接地されている。このコンデンサ１４は、電流制御回路１２において発生する上記電流によって充電および放電される。
【００１９】
図２を参照しつつ、電流制御回路１２の構成を説明する。電流制御回路１２は、電圧発生回路１２２、変換回路１２４および方向制御回路１２６を有している。電圧発生回路１２２は、正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧を発生させる。この電圧発生回路１２２としては、例えばＥＶＲ回路（図８参照）を用いることができる。ＥＶＲ回路は、多段の抵抗分割回路により構成されており、所望の正弦波の周期および振幅に応じたタイムスケールでスイッチを切り替えることにより、擬似正弦波状の電圧、すなわち正弦波に沿って階段状に変化する電圧を出力する。
【００２０】
電圧発生回路１２２には、変換回路１２４が接続されている。変換回路１２４は、電圧発生回路１２２において発生する上記電圧を電流に変換するＶ／Ｉ変換回路である。また、変換回路１２４には、方向制御回路１２６が接続されている。方向制御回路１２６は、変換回路１２４において得られる上記電流の流れる向きを制御する。すなわち、方向制御回路１２６は、出力する電流方向の正負（吐出しか吸込みか）を切り替えることができる。
【００２１】
図１に戻って、電流制御回路１２には、オペアンプ１６も接続されている。具体的には、オペアンプ１６の正相入力端が、電流制御回路１２の出力端およびコンデンサ１４の一端に接続されている。このオペアンプ１６は、その逆相入力端と出力端とが互いに接続されており、ボルテージフォロアを構成している。本実施形態においては、オペアンプ１６からの出力が電圧生成回路１０全体の出力となっている。
【００２２】
電圧生成回路１０には、コンパレータ３０の正相入力端が接続されている。この正相入力端には三角波発生回路２０も接続されている。三角波発生回路２０は、電圧生成回路１０により生成される擬似正弦波基準電圧に足し合わせる三角波を発生させる。また、コンパレータ３０にはゲート駆動回路４０が接続され、ゲート駆動回路４０にはブリッジ回路５０が接続されている。ゲート駆動回路４０は、コンパレータ３０からの出力に応じて、ブリッジ回路５０中のハイサイド側Ｐチャネルのゲートの駆動を制御する。ブリッジ回路５０においては、センス抵抗ＲＳが設けられており、その一端がＮチャネルのソースに接続され、多端が接地されている。また、Ｎチャネルのソース（およびセンス抵抗ＲＳの一端）はコンパレータ３０の逆相入力端に接続されており、これによりフィードバックが形成されている。Ｐチャネルは、ステッピングモータ駆動用のコイル５２に擬似正弦波状の電流が流れるようにチョッピングを行う。
【００２３】
次に、図３および図４を参照しつつ、ステッピングモータ駆動回路１の動作を説明する。まず、電圧発生回路１２２により、全波整流の正弦波に沿って階段状に変化する波形をもつ電圧Ｖ１が生成される。この電圧Ｖ１は、変換回路１２４により電流Ｉ１に変換される。この電流Ｉ１の波形も、電圧Ｖ１と同様に、全波整流の正弦波に沿って階段状に変化するものである。この電流Ｉ１の方向は、方向制御回路１２６により、正弦波の１／４周期毎に正負が切り替えられる。したがって、方向制御回路１２６からの出力される電流Ｉ２の波形は、図３に示す通りとなる。電流Ｉ２が正のときはコンデンサ１４が充電され、負のときはコンデンサ１４が放電される。
【００２４】
ここで、電流Ｉ２は、階段状に変化する波形をもつため、その階段の各ステップにおいては一定値をとる。すなわち、コンデンサ１４は、図４（ｃ）に示すように、定電流で充放電されることになる。したがって、コンデンサ１４に印加される電圧Ｖ２の変化は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、直線的となる。図４（ａ）は、電圧Ｖ２の波形の一部を示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）中の円で囲まれた部分の波形を拡大して示している。これにより、正弦波を直線近似的に構成した波形をもつ電圧Ｖ２が得られる。すなわち、電圧Ｖ２の波形は、電流制御回路１２から出力される階段状の電流波形の各ステップに対応する線分同士をつなぎ合わせて得られる連続波形であり、全体として全波整流状の正弦波を構成するものとなる。各線分の傾きは、対応するステップにおける電流値に依存する。
【００２５】
この電圧Ｖ２は、オペアンプ１６を通じてコンパレータ３０の正相入力端に入力する。また、三角波発生回路２０から出力される三角波も同入力端に入力する。これにより、コンパレータ３０においては、電圧Ｖ２と三角波とが足し合わされる。その足し合わされて得られた電圧は、ブリッジ回路５０のセンス抵抗ＲＳに印加されている電圧と比較され、その結果がゲート駆動用の信号としてコンパレータ３０から出力される。その信号はゲート駆動回路４０を通じてブリッジ回路５０へと伝えられる。以上により、擬似正弦波状のコイル５２に流れる電流ＩＬの波形は、電圧Ｖ２と同様に、正弦波に沿って直線的に変化するものとなる（図３参照）。
【００２６】
続いて、電圧生成回路１０およびステッピングモータ駆動回路１の効果を説明する。電圧生成回路１０においては、上述のように、電流制御回路１２から出力される定電流でコンデンサ１４を充電することにより得られる直線的な電圧変化を利用して、擬似正弦波を生成している。これにより、原理的にステップエッジが存在しない電圧波形が得られるので、急峻な電圧値変化を充分に抑制することが可能な電圧生成回路１０が実現されている。
【００２７】
よって、この電圧生成回路１０は、ステッピングモータ駆動回路において擬似正弦波基準電圧を生成するための回路として好適に用いることができる。当該基準電圧における急峻な電圧値変化はステッピングモータにおける騒音発生につながるが、電圧生成回路１０を用いればステッピングモータの騒音を低減できる。
【００２８】
実際、ステッピングモータ駆動回路１においては、電圧生成回路１０によって生成される擬似正弦波基準電圧に基づいて、擬似正弦波状の電流波形を生成している。これにより、急峻な変化が充分に抑制された電流をステッピングモータに供給することができる。このため、騒音を充分に抑制しつつ、ステッピングモータを駆動することが可能なステッピングモータ駆動回路１が実現されている。
【００２９】
電流制御回路１２は、電圧発生回路１２２と、電圧発生回路１２２において発生した電圧を電流に変換する変換回路１２４と、を有している。かかる構成により、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を直接生成しなくとも、同様の波形をもつ電圧を生成し、それを電流に変換することによって上記電流波形を得ることができる。正弦波に沿って階段状に変化する電圧波形は、ＥＶＲ回路等の従来から用いられている回路を利用して容易に生成できる。したがって、簡略な構成で、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を生成することが可能な電流制御回路１２が実現されている。
【００３０】
電流制御回路１２は、方向制御回路１２６を有している。かかる構成により、方向制御回路１２６によって電流の向きを切り替えることにより、コンデンサ１４の充電と放電とを容易に切り替えることができる。
【００３１】
また、電圧生成回路１０は、オペアンプ１６を備えている。これにより、擬似正弦波基準電圧をコンパレータ３０に安定的に供給することができる。ただし、電圧生成回路１０にオペアンプ１６を設けることは必須ではない。すなわち、電流制御回路１２およびコンデンサ１４が、コンパレータ３０の正相入力端に直接接続される構成としてもよい。
【００３２】
本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図５に示すように、電流制御回路１２においては、電圧発生回路１２２および変換回路１２４（図２参照）の代わりに定電流発生回路１２８を用いてもよい。定電流発生回路１２８は、正弦波に沿って階段状に変化する電流波形を直接生成するものである。図６は、定電流発生回路１２８の一構成例を示している。この定電流発生回路１２８においては、カレントミラー回路が多段に設けられており、参照電圧ＶＲＥＦとスイッチの開閉により所望の定電流値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による電圧生成回路およびステッピングモータ駆動回路の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１中の電流制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の駆動回路の動作を説明するための図である。
【図４】図１の駆動回路の動作を説明するための図である。
【図５】図１の電流制御回路の変形例を示すブロック図である。
【図６】図５中の定電流発生回路１２８の構成例を示す回路図である。
【図７】従来のステッピングモータ駆動回路を示すブロック図である。
【図８】図７中のＥＶＲ回路の構成例を示す回路図である。
【図９】ＰＷＭ制御駆動について説明するための図である。
【図１０】図７の駆動回路における擬似正弦波電流の発生について説明するための図である。
【図１１】図７の駆動回路において発生する擬似正弦波基準電圧および負荷電流の波形を示す図である。
【図１２】図７の駆動回路の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ステッピングモータ駆動回路
１０    電圧生成回路
１２    電流制御回路
１４    コンデンサ
１６    オペアンプ
２０    三角波発生回路
３０    コンパレータ
４０    ゲート駆動回路
５０    ブリッジ回路
５２    コイル
１２２    電圧発生回路
１２４    変換回路
１２６    方向制御回路
１２８    定電流発生回路
【図１】
2006204017.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006204017.tif 000005
【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】
2006204017.tif 000011
【図１０】
2006204017.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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