(57)【要約】【課題】本発明は、回路規模を削減しながら、検出精度及び応答性を向上させることができるモータ駆動電流検出回路を提供する。【解決手段】変調方式としてパルス幅変調を用いて生成されたモータ駆動電流を電圧信号に変換する抵抗と、電圧信号を増幅する増幅器と、増幅器から出力される電圧信号の立ち上がりエッジに基づくタイミングでオン状態に切り換え、電圧信号の立ち下がりエッジに基づくタイミングでオフ状態に切り換えるスイッチと、電圧信号の立ち上がりエッジに発生するノイズ成分に応じて選定された時定数を有するローパスフィルタとが直列接続され、増幅器から出力される電圧信号が有するパルスの振幅に応じた信号レベルを有するアナログ信号を生成し出力するサンプルホールド回路と、サンプルホールド回路から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路とを備える。【選択図】図１
2008086103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調方式としてパルス幅変調を用いて生成されたモータ駆動電流を電圧信号に変換する抵抗と、
前記電圧信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力される前記電圧信号の立ち上がりエッジに基づくタイミングでオン状態に切り換え、前記電圧信号の立ち下がりエッジに基づくタイミングでオフ状態に切り換えるスイッチと、前記電圧信号の立ち上がりエッジに発生するノイズ成分に応じて選定された時定数を有するローパスフィルタとが直列接続され、前記増幅器から出力される前記電圧信号が有するパルスの振幅に応じた信号レベルを有するアナログ信号を生成し出力するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路から出力される前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路と
を備えることを特徴とするモータ駆動電流検出回路。
【請求項２】
前記サンプルホールド回路は、
前記増幅器から出力される前記電圧信号が非反転入力端に入力され、出力端が前記スイッチの一端に接続された第1の差動回路と、
非反転入力端が前記ローパスフィルタの出力端に接続され、出力端が反転入力端及び前記第1の差動回路の反転入力端に接続された第2の差動回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動電流検出回路。
【請求項３】
前記サンプルホールド回路は、
前記増幅器から出力される前記電圧信号が非反転入力端に入力され、出力端が前記スイッチの一端に接続されたトランスコンダクタンス回路と、
非反転入力端が前記スイッチの他端に接続され、前記ローパスフィルタが出力端及び非反転入力端間に接続されると共に、出力端が前記トランスコンダクタンス回路の反転入力端に接続され、反転入力端が基準電位に接続された差動回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動電流検出回路。
【請求項４】
前記ローパスフィルタは、前記スイッチのオン抵抗とコンデンサからなる
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動電流検出回路。
【請求項５】
前記ローパスフィルタは、前記スイッチのオン抵抗とコンデンサからなる
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動電流検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
変調方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：パルスワイドモジュレーション）を用いてモータを駆動するモータ駆動システムは、モータを駆動するためのモータ駆動電流を検出するモータ駆動電流検出回路を有する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下、モータの相電流検出装置に関する文献名を記載する。
【特許文献１】特開平７−７９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、回路規模を削減しながら、検出精度及び応答性を向上させることができるモータ駆動電流検出回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によるモータ駆動電流検出回路は、
変調方式としてパルス幅変調を用いて生成されたモータ駆動電流を電圧信号に変換する抵抗と、
前記電圧信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力される前記電圧信号の立ち上がりエッジに基づくタイミングでオン状態に切り換え、前記電圧信号の立ち下がりエッジに基づくタイミングでオフ状態に切り換えるスイッチと、前記電圧信号の立ち上がりエッジに発生するノイズ成分に応じて選定された時定数を有するローパスフィルタとが直列接続され、前記増幅器から出力される前記電圧信号が有するパルスの振幅に応じた信号レベルを有するアナログ信号を生成し出力するサンプルホールド回路と、
前記サンプルホールド回路から出力される前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換回路と
を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のモータ駆動電流検出回路によれば、回路規模を削減しながら、検出精度及び応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００８】
図１に、本発明の実施の形態によるモータ駆動システム１０の構成を示し、図４（Ａ）〜（Ｃ）に、当該モータ駆動システム１０において得られる各信号の信号波形を示す。
【０００９】
このモータ駆動システム１０は、変調方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：パルスワイドモジュレーション）を用いて、モータＭを駆動する。
【００１０】
コントローラ２０は、駆動指令信号INが入力されると、所定のアルゴリズムに基づいて駆動信号を生成し、これをプリドライバ３０に出力する。なお、コントローラ２０は、専用のロジック回路からなるいわゆるハードロジック構成だけでなく、マイコンを使ったソフトロジックで構成することも可能である。
【００１１】
プリドライバ３０は、この駆動信号に基づいて、ドライバ４０のパワートランジスタＴ１０〜Ｔ６０を制御する。ドライバ４０は、UVWの三相出力を有し、その三相出力OUT-U、OUT-V、OUT-Wを、Lo、HiまたはHi-Z（ハイインピーダンス）状態にすることにより、モータＭを駆動する。
【００１２】
モータ駆動電流Ｉは、シャント抵抗RSによって電圧VSに変換される。シャント抵抗RSは、電力ロスを少なくするため、通常、非常に小さな値（例えば10mΩ）が用いられる。従って、電圧VSも小さい（例えば数10mV）。このため、アンプ（ＡＭＰ）５０は、電圧VSを増幅し、信号処理に適当なレベルまで増幅することにより、電圧信号（図４（Ａ））を生成し、これをサンプルホールド回路６０に出力する。なお、この電圧信号（図４（Ａ））には、UVWの三相切替や、PWM駆動のオン／オフに伴って発生するノイズ成分が含まれる。
【００１３】
サンプルホールド回路６０は、供給される電圧信号（すなわちＰＷＭ駆動信号）（図４（Ａ））の立ち上がりエッジに基づくタイミングでオン状態に切り換え、立ち下がりエッジに基づくタイミングでオフ状態に切り換えるアナログスイッチＡＳＷ（図４（Ｂ））と、そのアナログスイッチＡＳＷの出力側に接続され、抵抗RH及びコンデンサCHからなるＬＰＦ（ローパスフィルタ）とを有する。
【００１４】
サンプルホールド回路６０は、電圧信号（図４（Ａ））が有するパルスの振幅レベルに対応し、モータ駆動電流Ｉの電流値を表す電圧信号（図４（Ｃ））を生成し、これをアナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）７０に出力する。
【００１５】
アナログデジタル変換回路７０は、電圧信号（図４（Ｃ））に対してアナログ／デジタル変換を行うことにより、デジタル値からなる電圧信号を生成し、これをコントローラ２０に出力する。コントローラ２０は、このデジタル値からなる電圧信号に基づいて、プリドライバ３０を駆動するための駆動信号を制御する。
【００１６】
このように本実施の形態によれば、電圧信号（すなわちPWM駆動信号）（図４（Ａ））と同期して、アナログスイッチASWをオン／オフしても、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズは、LPFによって除去される。これにより、デューティ比（１周期あたりのパルス幅）が低くても、モータ駆動電流Ｉを正確に検出することができる。
【００１７】
また、LPFの時定数を、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジに発生するノイズ成分に応じて選定することにより、当該ノイズ成分だけを除去することができる。これにより、LPFの出力からは、モータ駆動電流Ｉの真値が得られる。従って、モータ駆動電流Ｉの真値を得るための補正回路を設ける必要がない。
【００１８】
また、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズを除去するためのLPFの時定数は、比較的小さくて済むことから、モータ駆動システム１０全体の応答性を向上させることができる。
【００１９】
なお、シャント抵抗RS、アンプ５０、サンプルホールド回路６０、アナログデジタル変換回路７０は、モータＭを駆動するためのモータ駆動電流Ｉを検出するモータ駆動電流検出回路を形成する。
【００２０】
ところで、モータＭのUVW各相に接続された抵抗RU,RV,RWの共通接続点における電圧は、コンパレータ（ＣＯＭＰ）８０に入力される。コンパレータ８０は、この電圧と基準電圧とを比較し、その比較結果をコントローラ２０に出力する。コントローラ２０は、コンパレータ８０から与えられる比較結果を基に、プリドライバ３０に与える駆動信号の切替タイミングを得る。
【００２１】
このように、本実施の形態の場合、モータ駆動システム１０は、モータＭの位置情報を検出する手段として、ホール素子ではなく、抵抗RU,RV,RW及びコンパレータ８０を使用するセンサレス３相ＤＣモータ駆動システムを形成する。
【００２２】
ここで図２に、第１の比較例として、アンプ５０とアナログデジタル変換回路７０との間に、抵抗RH及びコンデンサCHからなるＬＰＦ１１０が設けられたモータ駆動システム１００の構成を示す。
【００２３】
この第１の比較例の場合、ノイズ除去のためにＬＰＦ１１０を用いているので、ＬＰＦ１１０から出力される電圧信号（図４（Ｄ））は、ＬＰＦ１１０に入力される電圧信号（すなわちPWM駆動信号）（図４（Ａ））のデューティ比に応じて平滑化され、これにより正確なモータ駆動電流Ｉを得ることができない。
【００２４】
例えば、モータ駆動電流Ｉのデューティ比が20%であるとすると、LPF１１０から出力される電圧信号（図４（Ｄ））は、0.2×Ｉ相当の信号レベルとなる。したがって、通常、このようなモータ駆動システム１００においては、補正回路を設け、アナログデジタル変換回路７０で得られたデジタル値の電圧信号を、デューティ比で割り算することにより、モータ駆動電流Ｉの真値を得ている。
【００２５】
このとき、アナログデジタル変換回路７０の有効ビット数の制限から、分解能は当然ながら低下してしまい検出精度が低下する。また、平滑を充分行うため、LPF１１０の時定数を大きくしなければならず、これによりモータ駆動システム１００全体の応答性が悪化する。比較的低速の応答性しか要求されない場合は問題にならないが、高速な応答性が要求されるアプリケーションの場合は非常に問題となる。
【００２６】
さらに図３に、第２の比較例として、アンプ５０とアナログデジタル変換回路７０との間に、アナログスイッチASWとコンデンサCHから成るサンプルホールド回路１３０が設けられたモータ駆動システム１２０の構成を示す。
【００２７】
この第２の比較例の場合、アナログスイッチASWは、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズ成分の影響を受けないように、オン／オフされる（図４（Ｅ））。したがって、サンプルホールド回路１３０から出力される電圧信号（図４（Ｆ））としては、モータ駆動電流Ｉの真値がそのまま得られ、第１の比較例のモータ駆動システム１００で必要だった補正回路が不要になるという利点がある。
【００２８】
しかしながら、この第２の比較例の場合、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズ成分の影響を受けないように、サンプル／ホールド動作を行うタイミングの設定が難しい。また、立ち上がりエッジ部分を除いたサンプル期間にすると、デューティ比が高い場合は問題ないものの、デューティ比が低い場合にはサンプル期間の確保ができず、全くモータ駆動電流Ｉを検出することができないという問題が発生する。
【００２９】
これらに対して、本実施の形態によれば、電圧信号（すなわちPWM駆動信号）（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズ成分を、LPFによって除去することができ、これによりノイズ成分の影響を受けることがなくなる。
【００３０】
また、サンプル／ホールド動作で、ホールド期間もサンプル値を保持することにより、デューティ比に対するモータ駆動電流Ｉの補正が不要となり、従って補正回路を削減することができる。これにより、補正によって生じる検出精度の劣化を防ぐことができ、モータ駆動電流Ｉの検出精度を向上することができる。
【００３１】
また、LPFの時定数は、電圧信号（図４（Ａ））の立ち上がりエッジ部分に発生するノイズ成分を除去できる程度の小さい時定数にすることができる。これにより、モータ駆動電流Ｉの検出を高速に行うことができ、従ってモータ駆動システム１０全体の応答性を向上させることができる。
【００３２】
なお上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。ここで図５に、他の実施の形態によるサンプルホールド回路２００の構成を示す。このサンプルホールド回路２００は、例えばオペアンプのような２つの差動回路OP1,OP2と、アナログスイッチASWと、LPFを形成する抵抗RH及びコンデンサCHとを有する。
【００３３】
この場合、初段の差動回路OP1には、入力オフセットが少ないものを、後段の差動回路OP2には、入力電流が少ないものを用いることにより、入出力間のオフセットを小さくすることができ、またホールド時のドループ（電圧変動率）を少なくすることができる。
【００３４】
さらに図６に、他の実施の形態によるサンプルホールド回路２１０の構成を示す。このサンプルホールド回路２１０は、トランスコンダクタンス回路OTAと、当該トランスコンダクタンス回路OTAの出力端と差動回路OPの非反転入力端との間に接続されたアナログスイッチASWと、差動回路OPの出力端と非反転入力端との間に直列接続された抵抗RH及びコンデンサCHとを有する。さらに差動回路OPの反転入力端は、基準電位に接続され、その出力端は、トランスコンダクタンス回路OTAの反転入力端に接続される。
【００３５】
これにより、抵抗RH及びコンデンサCHによってLPF動作するサンプルホールド回路２１０を形成することができる。この場合、基準電位を任意の電圧にすることにより、容易に出力電圧をシフトすることができる。従って、入出力間のオフセットとドループを改善できるだけでなく、サンプルホールド回路２１０の後段のアナログデジタル変換回路７０の入力範囲に合わせて出力電圧を任意に設定することができる。
【００３６】
また、上述の実施の形態は、センサレス３相DCモータ駆動システムを例に説明しているが、これに限定されるわけではなく、モータＭの位置情報を検出する手段として、ホール素子を使用するセンサ有り３相DCモータ駆動システムや、DCモータ駆動システムなどのように、モータＭをPWM駆動し、そのモータ駆動電流Ｉを検出して駆動制御を行う他の種々のモータ駆動システムに適用することが可能である。
【００３７】
また、LPFに含まれる抵抗RH（図１及び図５）は、アナログスイッチASWのオン抵抗を大きくすることにより、省略が可能である。この場合、抵抗削減だけでなく、通常、MOSトランジスタで作られるアナログスイッチＡＳＷの大きさも小さくできるので、IC化した場合のチップサイズを小さくすることができ、その結果コスト低減を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態によるモータ駆動システムの構成を示す回路図である。
【図２】第１の比較例によるモータ駆動システムの構成を示す回路図である。
【図３】第２の比較例によるモータ駆動システムの構成を示す回路図である。
【図４】モータ駆動システムにおいて得られる各信号の信号波形である。
【図５】他の実施の形態によるサンプルホールド回路の構成を示す回路図である。
【図６】他の実施の形態によるサンプルホールド回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  モータ駆動システム
２０  コントローラ
３０  プリドライバ
４０  ドライバ
５０  アンプ
６０  サンプルホールド回路
７０  アナログデジタル変換回路
Ｍ  モータ
ＲＳ  シャント抵抗
ＡＳＷ  アナログスイッチ
ＲＨ  抵抗
ＣＨ  コンデンサ
【図１】
2008086103.tif 000003
【図２】
2008086103.tif 000004
【図３】
2008086103.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008086103.tif 000007
【図６】
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