(57)【要約】【課題】モータの現在値検出データにノイズが加わったとしても、単発的なノイズであればその影響を最小限にでき、サーボモータを正確に制御し得るモータ制御駆動回路を搭載した半導体集積回路を提供する。【解決手段】モータ20の目標回転位置を表わす指示値データおよび現在回転位置を表わす現在値データが入力され、両データを比較し、現在値データの方が小さければモータを所定方向に所定の単位量だけ回転させ、現在値データの方が大きければモータを単位量だけ逆転させるための制御データを生成する処理を、現在値データが指示値データに等しくなるまで一定周期で繰り返し、現在値データと指示値データが同じになるとモータの回転を停止させるように制御するモータ制御回路11と、モータ制御回路から供給される制御データに応じてモータに正転電流／逆転電流を選択的に供給し、または、供給を停止するモータ駆動回路12とを具備する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの目標回転位置をデジタル値で表わす指示値データおよび前記モータの現在回転位置をデジタル値で表わす現在値データが入力され、現在値データを指示値データと比較し、現在値データの方が小さければモータを所定方向に所定の単位量だけ回転させ、現在値データの方が大きければモータを単位量だけ逆転させるための制御データを生成する処理を、現在値データが指示値データに等しくなるまで一定周期で繰り返し、現在値データと指示値データが同じになるとモータの回転を停止させるように制御データを設定するモータ制御回路と、
前記モータに接続され、複数のスイッチ素子からなるブリッジ回路を有し、当該ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記モータ制御回路から供給される制御データによりスイッチング制御して、前記モータに正転電流／逆転電流を選択的に供給し、または、供給を停止するモータ駆動回路と
を具備することを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記モータ制御回路は、前記モータを単位量だけ回転させるために現在値データに対して制御データの１ＬＳＢまたは２ＬＳＢ以上の固定値を加算処理もしくは減算処理することを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記一定周期は、前記モータが単位量だけ回転して現在値データが単位量だけ変化する所要時間よりも短いことを特徴とする請求項１または２記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記モータの現在回転位置を検出するセンサとしてのポテンショメータと、
前記ポテンショメータの出力電圧が入力され、当該電圧入力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路とをさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記モータ制御回路は、電源投入から電源が安定するまでの一定期間、もしくは、電源が安定すると見込まれる所定時間は、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力データを取り込まず、電源が安定した後、もしくは、電源が安定すると見込まれる所定時間後から前記Ａ／Ｄ変換回路の出力データを取り込み処理し、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力データを最初に取り込む時はＡ／Ｄ変換回路の出力データを直接に現在値データとして使用することを特徴とする請求項４記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路に係り、特にモータ制御駆動回路に関し、例えば自動車搭載載機器に使用される。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、サーボモータの現在の回転位置をセンサで検出した結果をサーボモータの位置指示入力と比較しながらサーボモータの位置を制御するサーボモータ制御装置が搭載されている。サーボモータ制御装置の一般的な構成は、外部から指示された位置データをモータ駆動制御回路が受け付けると、指示された位置データと現在位置データとの差を求め、現在値が小さければモータを正転させ、現在値が大きければモータを逆転させる。そして、センサにより検出された現在位置データが指示された位置データになるまでサーボモータを回転させ、現在位置データと指示された位置データが同じになると、サーボモータの回転を停止させるよう制御するものである。
【０００３】
なお、特許文献１では、サーボモータの現在値検出用センサとして用いられているポテンショメータから出力する現在位置データがアナログ電圧であることに対応して、外部から指示された位置データをＤＡコンバータにより一旦アナログ化し、位置データと現在位置データとをアナログコンバータにより比較し、その結果に基づいてサーボモータをコントロールしている。そのため、ポテンショメータから出力する現在位置データにノイズが加わると、その影響を受け易く、サーボモータを正確にコントロールすることが不可能になる。
【特許文献１】特許第３６０１８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、モータの現在値検出データにノイズが加わったとしても、単発的なノイズであればその影響を最小限にでき、サーボモータを正確に制御し得る半導体集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体集積回路は、モータの目標回転位置をデジタル値で表わす指示値データおよび前記モータの現在回転位置をデジタル値で表わす現在値データが入力され、現在値データを指示値データと比較し、現在値データの方が小さければモータを所定方向に所定の単位量だけ回転させ、現在値データの方が大きければモータを単位量だけ逆転させるための制御データを生成する処理を、現在値データが指示値データに等しくなるまで一定周期で繰り返し、現在値データと指示値データが同じになるとモータの回転を停止させるように制御データを設定するモータ制御回路と、前記モータに接続され、複数のスイッチ素子からなるブリッジ回路を有し、当該ブリッジ回路の前記スイッチ素子を前記モータ制御回路から供給される制御データによりスイッチング制御して、前記モータに正転電流／逆転電流を選択的に供給し、または、供給を停止するモータ駆動回路とを具備することを特徴とする
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体集積回路によれば、モータの現在値検出データにノイズが加わったとしても、単発的なノイズであればその影響を最小限にでき、サーボモータを正確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。
【０００８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の半導体集積回路およびそれを用いたサーボモータ制御装置（システム）の第１の実施形態を示すブロック図である。図２は、図１の構成の一例を詳細に示すブロック図である。
【０００９】
このサーボモータ制御装置（サーボモータ位置決め回路）は、主たる構成として、半導体集積回路に搭載されたモータコントローラ（制御回路）１１およびモータドライバ（駆動回路）１２と、それにより駆動される例えばＤＣブラシレス・モータ（Ｍ）２０と、モータの現在値検出用のセンサ２１を有する。ここで、センサ２１は、ポテンショメータ、エンコーダ等が挙げられるが、本例ではポテンショメータを使用しており、その出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路１３を半導体集積回路に内蔵している。さらに、半導体集積回路には、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力データからモータ２０の現在値データを生成する現在値生成回路１４と、デジタル比較回路１５と、正転／逆転判定回路１６と、正転／逆転選択回路１７を内蔵している。なお、Ａ／Ｄ変換回路１３として、例えば、高速動作が可能な逐次比較型変換回路が使用できる。
【００１０】
モータドライバ１２は、電源ノードと接地ノードとの間に接続されているブリッジ回路の中点（ＯＡ、ＯＢ）相互間にモータ２０が接続され、ブリッジ回路の四辺のスイッチ素子（例えば一対のPMOSトランジスタおよび一対のNMOSトランジスタ）を制御信号GHA、GHB、GLA、GLBによりスイッチング制御することにより、モータ２０に正転電流／逆転電流を選択的に供給し、または、その供給を停止する。
【００１１】
モータコントローラ１１には、モータ２０の目標回転位置を指示するデータ（指示値データ）、および、現在値生成回路１４の出力データが入力される。そして、現在値生成回路１４により生成された現在値データを、デジタル比較回路１５により指示値データと比較し、その結果から正転／逆転判定回路１６によりモータ２０を正転させるか逆転させるかを判定し、モータドライバ１２に対して正転／逆転を指定する制御データを正転／逆転選択回路１７により選択してモータドライバ１２に出力する。例えば、現在値データの方が小さければモータ２０を所定の単位量だけ正転させ、現在値データの方が大きければモータ２０を単位量だけ逆転させるための制御データを出力する。このような処理を、現在値データが指示値データに等しくなるまで一定周期で（定期的に）繰り返し、現在値データと指示値データが同じになるとモータ２０の回転を停止させるよう制御データを固定する。
【００１２】
ここで、モータコントローラ１１は、モータを実用上許容し得る制御精度で決まる単位量だけ回転させるために、現在値データに対して、単位量に見合うデータ（最小単位である１ＬＳＢまたは２ＬＳＢ以上、本例では１ＬＳＢ）を加算処理もしくは減算処理する。なお、前述した一定周期は、モータが単位量だけ回転する所要時間、センサ（ポテンショメータ）２１の出力電圧が変化する所要時間よりも短く設定されている。
【００１３】
図３は、図１中のモータの動作例を示すタイミングチャートである。図４は、図３のモータの動作例に対応するモータコントローラ１１およびモータドライバ１２による動作の一例を示すフローチャートである。
【００１４】
次に、図１および図２に示したサーボモータ制御装置の動作例について、図３および図４を参照しながら説明する。電源が投入された後にリセット動作を行い、一定時間後に制御を開始する。モータコントローラ１１が指示値データを受け付けると、センサ２１の出力電圧値をＡ／Ｄ変換回路１３によりデジタル化し、現在値生成回路１４により生成した現在値データを指示値データとデジタル比較回路１５で比較する。この際、現在値データの方が小さければ、現在値生成回路１４により現在値データに加算（＋１）処理を行い、現在値データの方が大きければ、現在値データに減算（−１）処理を行い、現在値データと指示値データが等しければ、現在値データのままとする。このように生成された現在値データによりモータ２０を単位量だけ正転あるいは逆転させる。このような処理を定期的（例えば１ｍｓ毎）に繰り返して、現在値データが指示値データに等しくなるまでモータ２０を回転させるように制御し、現在値データと指示値データが同じになるとモータ２０の回転を停止させるよう制御（制御データを固定）する。
【００１５】
上記した実施形態によれば、モータの現在値検出用のセンサ２１の出力（本例ではポテンショメータの出力電圧）に、仮にノイズが加わって、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力、ひいては現在値生成回路１４の出力（現在値データ）に単発的なエラーが含まれた場合でも、データが一定時間あたりに＋１あるいは−１しか変わらないので、単発的なノイズであればその影響を最小限にでき、モータ２０を正確に制御することができる。
【００１６】
さらに、上記した実施形態において、センサ２１等への電源投入から電源が安定するまで、もしくは、電源が安定すると見込まれるまでの一定期間（例えば６．４ｍｓ）は、センサ２１の出力電圧、ひいては、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力データにエラーを含む可能性があるので、その対策を施すことが望ましい。その一例として、電源が安定すると見込まれるまでの一定期間は、例えばＡ／Ｄ変換回路１３の動作を停止させるようにし、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力データを取り込まない。そして、一定期間後からＡ／Ｄ変換回路１３の動作を開始させ、その出力データを取り込む。この場合、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力データを最初に取り込む時は、Ａ／Ｄ変換回路１３の出力データを直接に現在値データとして使用する。このようにすれば、電源投入後からモータ２０の現在値データが得られるまでの時間を短縮することができる。
【００１７】
＜第１の実施形態の一具体例＞
図５は、図１に示した半導体集積回路およびそれを用いたサーボモータ制御装置の一具体例として自動車搭載用ネットワーク（ＬＩＮ）のシステムの一例を概略的に示すブロック図である。図５において、マスター側装置４０および複数のスレーブ側装置４５は主電源（例えば１２Ｖのバッテリー）４１から電源ライン４２を介して電源電圧ＶＣＣが供給され、マスター側装置４０内のＬＩＮトランシーバ４３から所要データが伝送ライン（バスライン）４４を介して複数のスレーブ側装置４５にシリアル転送される。
【００１８】
図６は、図５中に示したスレーブ側装置４５の一例として用いられるモータ制御駆動用集積回路５０およびそれを用いたサーボモータ制御装置の一具体例を示す回路図である。図６において、電源＆パワーオンリセット（ＰＯＲ）回路５１は、電源電圧ＶＣＣから例えば５Ｖ電源を生成し、起動時にＰＯＲ信号を生成する。この５Ｖ電源は、コンデンサ等により定電圧（ＶＲＥＧ）化され、センサ２１に供給され、かつ、集積回路内部に動作電源電圧ＶＤＤとして供給される。発振（ＯＳＣ）＆タイマー回路５２は、クロック信号を生成する。ポテンショレベル検出＆Ａ／Ｄ変換回路５３は、過電圧検出保護機能を有し、センサ２１から出力されるセンサ信号（アナログ電圧）ＶＰＢＲを検出し、クロック信号に基づいてＡ／Ｄ変換回路部（例えば８ビットの逐次比較型Ａ／Ｄ変換回路）によりＡ／Ｄ変換する。
【００１９】
シリアル通信＆モータ制御回路５４は、Ｉ／Ｏアドレス割り当て用スイッチ素子群５５からスレーブアドレスデータＩＤ０〜ＩＤ３が割り当てられ、バスライン４４を介してシリアル転送された所要データに含まれる指示値データを取り込むとともに、Ａ／Ｄ変換回路部から入力されるデータから現在値データを生成する。そして、現在値データを指示値データと比較し、その結果に応じて所要の制御データを生成し、モータドライバ回路５５に供給する。モータドライバ回路５５は、一対の出力端子ＭＴ１、ＭＴ２間に接続されているモータ（Ｍ）２０を、制御データに基づいて単位量だけ正転／逆転駆動し、かつ、駆動を停止する。なお、シリアル通信＆モータ制御回路５４のモータ制御回路部は、シーケンサのようなハードウェアで構成してもよく、マイクロコンピュータを用いたソフトウェア処理により制御するように構成してもよい。
【００２０】
図７は、図５および図６に示したシステムおよびサーボモータ制御装置の一動作例を概略的に示すタイミングチャートである。まず、時刻ｔ１で、バスライン４４からダミー信号を受け付けると、ウエイクアップを開始し、電源＆ＰＯＲ回路５１を起動する。時刻ｔ２で、ＰＯＲ信号によってイニシャライズを要する回路のイニシャライズを行う。次に、リセット解除から所定時間（クロック信号が４ＭＨｚの場合に例えば６ｍｓ）後の時刻ｔ３で、センサ２１で得られたセンサ信号ＶＰＢＲを現在値データとして取得する。次に、クロック信号の発振動作が安定する時間を考慮して、ウエイクアップが開始した後の１０ｍｓ以降の時刻ｔ４で、バスライン４４を介してシリアル転送される所要データの受信（データ通信）を開始する。データ通信のリンクが成立した後の時刻ｔ５で、指示値データを受信して指示値データと現在値データとを比較する。データの比較結果が得られた後、約１ｍｓ後の時刻ｔ６で、所要のサーボモータ制御動作を開始する。モータドライバ回路５５が動作を開始し、現在値データ（現在値）＝指示値データ（指令値）になるまでモータ２０を単位量ずつ正転駆動（あるいは逆転駆動）する動作を定期的に繰り返し、現在値データ＝指示値データになった時刻ｔ７でモータ２０を停止させる。本例では、最初に指示（指令）値データ＞現在値データである場合（時刻ｔ５〜ｔ７）と、指示（指令）値データ＜現在値データである場合（時刻ｔ５´〜ｔ７´）を示した。そして、バスライン４４から次の指令が入力するまで待機し、所定時間以上経過した場合には、スタンバイ状態になる。
【００２１】
本発明は以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
【００２２】
＜付記＞
ＤＣモータと、前記ＤＣモータの現在の回転位置を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて生成される、または、センサの出力から直接に得られるＤＣモータの現在位置をデジタル値で表わす現在値データおよびＤＣモータの目標とする回転位置を表わすデジタルデータである指示値データが入力され、当該指示値データとモータ現在値データとを比較し、現在値データの方が小さければＤＣモータを所定方向に所定の単位量だけ回転させ、現在値データの方が大きければＤＣモータを単位量だけ逆転させる動作を、現在値データが指示値データに等しくなるまで定期的に繰り返し、現在値データと指示値データが同じになるとモータ駆動動作を停止させるモータ制御駆動回路を内蔵した半導体集積回路とを具備することを特徴とするサーボモータ制御装置。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の半導体集積回路およびそれを用いたサーボモータ制御装置の第１の実施形態を示すブロック回路図。
【図２】図１の構成の一例を詳細に示すブロック図。
【図３】図１中のモータの動作例を示すタイミングチャート。
【図４】図３のモータの動作例に対応するモータ制御駆動回路による制御の一例を示すフローチャート。
【図５】図１に示した半導体集積回路およびそれを用いたサーボモータ制御装置の一具体例として自動車搭載用ネットワークのシステムの一例を概略的に示すブロック図。
【図６】図５中に示したスレーブ側装置の一例として用いられるモータ制御駆動用集積回路およびそれを用いたサーボモータ制御装置の一具体例を示す回路図。
【図７】図５および図６に示したシステムおよびサーボモータ制御装置の一動作例を概略的に示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００２４】
１１…モータ制御回路、１２…モータ駆動回路、１３…Ａ／Ｄ変換回路、１４…現在値生成回路、１５…デジタル比較回路、１６…正転／逆転判定回路、１７…正転／逆転選択回路、２０…モータ、２１…現在値検出用のセンサ。
【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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