(57)【要約】【課題】モータ駆動信号のスルーレートのバラツキを低減させたモータ駆動回路を提供すること。【解決手段】ホール素子１４でブラシレスファンモータ１８のロータの永久磁石位置を検出し、その検出信号を比較器１１で矩形波に変換し、その矩形波を積分回路１５でソフトスイッチング駆動に適したスルーレートに変換し、その積分信号を同相増幅する同相電力増幅器１６と逆相増幅する逆相電力増幅器１７でそれぞれ増幅し、ブラシレスファンモータ１８の固定子コイルに供給してブラシレスファンモータ１８を回転駆動する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータのロータの磁束分布を検出する磁気検出素子と、該磁気検出素子の同位相の電圧出力を増幅してプッシュプル出力する同位相増幅部および逆位相の電圧出力を増幅してプッシュプル出力する逆位相増幅部とを備え、該同位相増幅部および逆位相増幅部の各電圧出力を前記ブラシレスモータの固定子コイルの両端間に供給するモータ駆動回路において、
前記磁気検出素子の同位相出力および逆位相出力又はそのいずれか一方を入力して矩形波を出力するパルス発生手段と、該パルス発生手段の出力を積分して台形波信号を出力する積分回路とを具備し、前記同位相増幅部は前記積分回路の出力を同位相で増幅し、前記逆位相増幅部は前記積分回路の出力を逆位相で増幅することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ駆動回路において、
前記同位相増幅部は前記積分回路の出力を非反転入力端子に入力して増幅する第１の差動増幅器からなり、
前記逆位相増幅部は前記積分回路の出力を反転入力端子に入力して増幅する第２の差動増幅器からなり、
前記パルス発生手段は前記磁気検出素子の同位相出力および逆位相出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力する比較器からなることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のモータ駆動回路において、
前記積分回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続された帰還容量と、該反転入力端子と前記パルス発生手段の出力端子との間に接続された入力抵抗と、前記演算増幅器の非反転入力端子に接続された電圧源からなり、スルーレートがソフトスイッチング駆動に適した値に設定されていることを特徴とするモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータを回転駆動する単相全波駆動型のモータ駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単相全波駆動ブラシレスファンモータの駆動方式として、永久磁石が固着されたロータの回転位置をホール素子で検出し、そのホール素子が出力する検出電圧を増幅してモータの固定子コイルに供給する方式が用いられている。さらに静音化（回転ノイズの抑制）およびフライバック電圧（固定子コイルに流れる電流が反転するときコイルインダクタンス成分により発生する電圧）の抑制を目的として、モータ駆動信号のスルーレート（単位時間当りの駆動信号変化量）を小さくしたいわゆるソフトスイッチング駆動方式が用いられており、従来技術の例を挙げると、特願２００１−１２８８０４号明細書に示されている方法が使用されている。
【０００３】
上記の明細書に記載されたソフトスイッチング駆動方式のモータ駆動回路を図３に示す。図３において、２１，２２はプッシュプル出力の演算増幅器であり、それらの出力端子間にブラシレスファンモータ２３の固定子コイルが接続されている。演算増幅器２１の反転入力端子（−）および演算増幅器２２の非反転入力端子（＋）の共通接続点と、演算増幅器２１の非反転入力端子（＋）および演算増幅器２２の反転入力端子（−）の共通接続点との間に、ホール素子２４が接続されている。また、演算増幅器２１の反転入力端子（−）と出力端子の間には帰還抵抗２５（抵抗値ＲＦ）が、演算増幅器２２の反転入力端子（−）と出力端子の間には帰還抵抗２６（抵抗値ＲＦ）が、それぞれ接続されている。２７，２８はホール素子のバイアス抵抗である。
【０００４】
ここで、図３に示したモータ駆動回路において、ホール素子２４を、電圧ＶＨ１，ＶＨ２（通常は正弦波で互いに逆相）を出力する信号源２４ａと出力抵抗値ＲＨで等価的に表した回路を図４に示す。演算増幅器２１、２２はそれぞれＲＨを入力抵抗値、ＲＦを帰還抵抗２５，２６の抵抗値とした反転増幅器を構成している。演算増幅器２１，２２はホール素子２４の出力電圧ＶＨ１，ＶＨ２をそれぞれ「−ＲＦ／ＲＨ」倍した電圧を出力するので、この閉ループ電圧利得を適当な値に設定することで正弦波波形から疑似台形波に波形を変換してスルーレートを小さくしたソフトスイッチング駆動を実現している。
【０００５】
このように、図３に示したモータ駆動回路では、駆動信号のスルーレートを、ホール素子２４の出力電圧ＶＨ１、ＶＨ２の振幅Ａと、ホール素子２４の出力抵抗値ＲＨと帰還抵抗値ＲＦの比で決まる閉ループ電圧利得とで決定していた。モータ駆動回路の動作周波数をｆとし、時間をｔとしたときスルーレートの大きさ｜ＳＲ｜は、
｜ＳＲ｜＝２πｆＡ｜ｃｏｓ２πｆｔ｜×（ＲＦ／ＲＨ）          （１）
と表すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧振幅Ａのバラツキ、および抵抗値ＲＨ，ＲＦのバラツキによる電圧利得のバラツキが、スルーレート｜ＳＲ｜のバラツキ要因となっていた。すなわち、上記式（１）より、スルーレート｜ＳＲ｜を決定するパラメータがＡ、ＲＦ、ＲＨ、ｆの４種類となるため、それらのバラツキによってスルーレート｜ＳＲ｜に大きなバラツキが発生するという問題があった。
【０００７】
ここで、図３の演算増幅器２１，２２、帰還抵抗２５，２６を半導体集積回路で形成した場合のスルーレート｜ＳＲ｜の具体例を示す。ホール素子２４にインジウムアンチモンタイプのものを使用して定電流バイアスする場合、そのホール素子２４の出力電圧振幅Ａは±４０％程度のバラツキをもっており、出力抵抗値ＲＨは±３０％程度のバラツキをもっている。また、帰還抵抗値ＲＦは、半導体集積回路製造工程において拡散層やポリシリコンで形成した場合、一般的に±３０％程度のバラツキをもっている。よって、式（１）よりスルーレート｜ＳＲ｜のバラツキを計算すると、−６８％から＋１６０％の範囲をもつことが分かる。さらにＡ、ＲＦ、ＲＨはそれぞれ温度特性をもっているためスルーレート｜ＳＲ｜の変動幅はさらに増大する。
【０００８】
また、ブラシレスファンモータの電源投入時の起動トルクは、一般的に、固定子コイルに流れる電流によって発生する磁界の大きさと、ロータに固定された永久磁石が発生する磁界の大きさによって決まるが、起動するためには十分なトルクを発生させる必要がある。従来のソフトスイッチング駆動方式においてこの起動トルクを決定する要素であるコイル電流は、ロータの停止位置におけるホール素子の出力電圧ＶＨ１，ＶＨ２と、ＲＦ／ＲＨで表される演算増幅器２１，２２の閉ループ電圧利得と、演算増幅器２１，２２が持つオフセット電圧によって決まる。それらのバラツキがコイル電流すなわち起動トルクのバラツキに繋がるため、それを考慮して起動不良が発生しないように設計する必要があった。以上のことから、従来ではモータ駆動回路の設計マージンを大きく確保する必要があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を改善するためのものであり、モータ駆動信号のスルーレートのバラツキを低減させ、また起動トルクを得るための設計マージンを大きくとる必要のないモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ブラシレスモータのロータの磁束分布を検出する磁気検出素子と、該磁気検出素子の同位相の電圧出力を増幅してプッシュプル出力する同位相増幅部および逆位相の電圧出力を増幅してプッシュプル出力する逆位相増幅部とを備え、該同位相増幅部および逆位相増幅部の各電圧出力を前記ブラシレスモータの固定子コイルの両端間に供給するモータ駆動回路において、前記磁気検出素子の同位相出力および逆位相出力又はそのいずれか一方を入力して矩形波を出力するパルス発生手段と、該パルス発生手段の出力を積分して台形波信号を出力する積分回路とを具備し、前記同位相増幅部は前記積分回路の出力を同位相で増幅し、前記逆位相増幅部は前記積分回路の出力を逆位相で増幅することを特徴とするモータ駆動回路とした。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のモータ駆動回路において、前記同位相増幅部は前記積分回路の出力を非反転入力端子に入力して増幅する第１の差動増幅器からなり、前記逆位相増幅部は前記積分回路の出力を反転入力端子に入力して増幅する第２の差動増幅器からなり、前記パルス発生手段は前記磁気検出素子の同位相出力および逆位相出力をそれぞれ非反転入力端子および反転入力端子に入力する比較器からなることを特徴とするモータ駆動回路とした。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のモータ駆動回路において、前記積分回路は、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子と出力端子の間に接続された帰還容量と、該反転入力端子と前記パルス発生手段の出力端子との間に接続された入力抵抗と、前記演算増幅器の非反転入力端子に接続された電圧源からなり、スルーレートがソフトスイッチング駆動に適した値に設定されていることを特徴とするモータ駆動回路とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面をもとに説明する。図１は本発明の１つの実施形態のブラシレスファンモータ駆動回路のブロック図、図２はその動作の波形図である。１１は比較器（パルス発生手段）であり、抵抗１２，１３（抵抗値Ｒ１，Ｒ２）でバイアスされたホール素子（磁気検出素子）１４の一方の極性の出力電圧ＶＨ１と他方の極性の出力電圧ＶＨ２を、反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）に入力し増幅して、電源電圧範囲でフルスイングする矩形波に変換する。この比較器１１の出力電圧は、積分回路１５に入力される。
【００１４】
この積分回路１５は、演算増幅器１５１と、その演算増幅器１５１の反転入力端子（−）に接続された入力抵抗１５２（抵抗値Ｒ３）と、その演算増幅器１５１の反転入力端子（−）と出力端子との間に接続された帰還容量１５３（容量値Ｃ１）と、その演算増幅器１５１の非反転入力端子（＋）に接続された電圧がＶｒｅｆの電圧源１５４とを具備し、比較器１１の出力電圧をＶｒｅｆを基準電圧として時間積分した電圧を出力する。
【００１５】
１６は積分回路１５の出力電圧を非反転入力端子に入力して同相で電力増幅するプッシュプル出力の差動増幅回路からなる非反転電力増幅器（同位相増幅部）、１７は積分回路１５の出力電圧を反転入力端子に入力して逆相で電力増幅するプッシュプル出力の差動増幅器からなる反転電力増幅器（逆位相増幅部）であり、それら電力増幅器１６，１７の出力端子間にブラシレスファンモータ１８の固定子コイルが接続されている。
【００１６】
ソフトスイッチング動作における立ち上がり／立ち下がり時間は、駆動信号の１周期のうちの数％〜１０％の値をとり、そのために必要なスルーレートは０．０１〜０．１Ｖ／μｓｅｃである。この値は一般の汎用演算増幅器ＩＣの持つスルーレートの１／１０〜１／１００、あるいはそれ以下と小さい値である。このスルーレートは比較器１１の位相補償回路部に兼ねさせることも回路上は可能であるが、ＩＣに内蔵させる場合は利用できるキャパシタが小さいため実用的ではない。
【００１７】
そこで本実施形態では、大きな時定数を設定できる積分回路１５を用いて、ここでソフトスイッチング駆動に適し且つバラツキの少ないスルーレートを設定している。この積分回路１５において、比較器１１が出力する矩形波のピーク電圧をＶｐとすると、Ｖｒｅｆ＝Ｖｐ／２のとき、積分回路１５の出力電圧のスルーレート｜ＳＲ｜は、
｜ＳＲ｜＝（Ｖｐ／２）／（Ｃ１・Ｒ３）              （２）
で与えられる。
【００１８】
ここで、図１の比較器１１、積分回路１５、および電力増幅器１６，１７を半導体集積回路で形成した場合のスルーレート｜ＳＲ｜のバラツキの具体例を示す。式（２）より、バラツキ要素はＶｐ、Ｃ１、Ｒ３の３種類存在する。Ｖｐは比較器１１の出力段が抵抗１５２（Ｒ３）を駆動するのに十分な電流供給能力を持っていれば電源電圧とほぼ等しくなり、そのバラツキは実質的にゼロである。帰還容量値Ｃ１は、ポリシリコンとシリコン基板、ポリシリコンとポリシリコンなどの組み合わせによって形成されるが、一般的に±１０％程度のバラツキがある。抵抗値Ｒ３は、ポリシリコン、シリコン基板、拡散層などによって形成されるが、一般的に±３０％程度のバラツキがある。
【００１９】
以上から、式（２）よりスルーレート｜ＳＲ｜のバラツキを計算すると、−３１％から＋５９％の範囲のバラツキとなり、従来の半分程度以下に抑えることができる。さらに温度特性を考えると、従来ではホール素子の出力電圧振幅Ａとホール素子の出力抵抗値ＲＨと帰還抵抗値ＲＦが温度特性をもつので、これらが温度特性によるスルーレート｜ＳＲ｜のバラツキ要因であったのに対し、本実施形態において温度特性をもつのは抵抗値Ｒ３のみであり、温度特性によるバラツキも減少させることができる。
【００２０】
また、従来のモータ駆動回路では、図４において、演算増幅器２１，２２のオフセット電圧、ＶＨ１、ＶＨ２、ＲＦ、ＲＨのそれぞれのバラツキを考慮して起動不良が発生しないように設計マージンを大きくする必要があったが、本実施形態においては、ホール素子１４の出力電圧を比較器１１によって電源電圧範囲でフルスイングする矩形波に変換した後に、積分回路１５でスルーレートを変換して、プッシュプル出力の電力増幅器１６，１７で電力増幅し、モータ１８の固定子コイルに電流として供給するため、最大の起動電流すなわち最大の起動トルクを発生させることが可能であり、またバラツキが小さいので設計マージンを大きくする必要はない。
【００２１】
なお、以上説明した実施形態では、ホール素子１４の両方の極性の電圧ＶＨ１，ＶＨ２を入力して比較器１１により矩形波に波形整形したが、電圧ＶＨ１，ＶＨ２の一方のみを矩形波に波形整形して、これを積分回路１５で積分してソフトスイッチング駆動に適したスルーレートをもつ台形波に変換するように構成してもよい。また、駆動対象のモータは磁気検出素子を使用したブラシレスモータであれば、ファンモータに限られるものではない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２に係る発明によれば、ブラシレスモータをソフトスイッチング駆動する場合、モータ駆動信号のスルーレートのバラツキ範囲が従来では−６８％から＋１６０％と大きかったのに対し、そのバラツキ範囲を大幅に低減することが可能になり、特に請求項３に係る発明によれば、−３１％から＋５９％と半分以下の小さいバラツキ範囲に抑えることができる。また、起動時は最大の起動トルクを発生することも可能になり、さらにバラツキ範囲が小さいので設計マージンを大きくとる必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施形態のモータ駆動回路のブロック図である。
【図２】図１のモータ駆動回路の動作の波形図である。
【図３】従来のモータ駆動回路のブロック図である。
【図４】図３のモータ駆動回路の等価回路図である。
【符号の説明】
１１：比較器
１２，１３：バイアス抵抗
１４：ホール素子（磁気検出素子）
１５：積分回路、１５１：演算増幅器、１５２：入力抵抗、１５３：帰還容量、１５４：電圧源
１６：同相電力増幅器（同位相増幅部）
１７：逆相電力増幅器（逆位相増幅部）
１８：ブラシレスファンモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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