(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを備えたブラシレスモータの各相に流す電流を切り替えて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、
前記モータ駆動装置は、
前記ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行う第１の処理と、前記ブラシレスモータの回転数に同期するＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行う第２の処理とを切り替えて制御するモータ駆動制御部を備え、
前記モータ駆動制御部は、
前記ブラシレスモータにおけるＰＬＬ制御ループの演算、電流制御ループの演算、および電流の急峻な変化を抑えるソフトスイッチ制御の演算を行う共用演算部と、
ＰＬＬ制御ループの演算結果から通電相信号を生成する通電タイミングカウンタと、
前記ブラシレスモータに供給される電流を制御するＰＷＭ信号を生成する出力制御部と、
前記ブラシレスモータの回転数を検出する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ブラシレスモータの回転数が定常回転数以下の際に、ＰＷＭキャリア信号の周波数を前記ブラシレスモータの回転数に同期させるか、あるいは周波数を固定させるかを制御する同期／非同期制御信号をアクティブとし、前記ブラシレスモータの回転数が定常回転数となった際に前記同期／非同期制御信号を非アクティブとし、
前記共用演算部は、
前記同期／非同期制御信号がアクティブの際に、前記通電タイミングカウンタが生成した同期ＰＷＭキャリア信号のカウント値である分割制御信号に変化があるか否かを検出し、前記分割制御信号の変化を検出した際にソフトスイッチ演算を実行することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のモータ駆動装置において、
前記モータ駆動制御部は、
前記ブラシレスモータの起動時から任意の設定回転数までは、前記ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行い、前記ブラシレスモータが任意の前記設定回転数以上になると、前記ブラシレスモータの回転数の同期した同期ＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行うことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載のモータ駆動装置において、
前記ブラシレスモータの任意の設定回転数は、前記ブラシレスモータの定常回転数であることを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項４】
複数のコイルを備えたブラシレスモータの各相に流す電流を切り替えて前記ブラシレスモータを駆動するモータ駆動用の半導体集積回路装置であって、
前記ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行う第１の処理と、前記ブラシレスモータの回転数に同期するＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行う第２の処理とを切り替えて制御するモータ駆動制御部を備え、
前記モータ駆動制御部は、
前記ブラシレスモータにおけるＰＬＬ制御ループの演算、電流制御ループの演算、および電流の急峻な変化を抑えるソフトスイッチ制御の演算を行う共用演算部と、
ＰＬＬ制御ループの演算結果から通電相信号を生成する通電タイミングカウンタと、
前記ブラシレスモータに供給される電流を制御するＰＷＭ信号を生成する出力制御部と、
前記ブラシレスモータの回転数を検出する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ブラシレスモータの回転数が定常回転数以下の際に、ＰＷＭキャリア信号の周波数を前記ブラシレスモータの回転数に同期させるか、あるいは周波数を固定させるかを制御する同期／非同期制御信号をアクティブとし、前記ブラシレスモータの回転数が定常回転数となった際に前記同期／非同期制御信号を非アクティブとし、
前記共用演算部は、
前記同期／非同期制御信号がアクティブの際に、前記通電タイミングカウンタが生成した同期ＰＷＭキャリア信号のカウント値である分割制御信号に変化があるか否かを検出し、前記分割制御信号の変化を検出した際にソフトスイッチ演算を実行することを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体集積回路装置において、
前記モータ駆動制御部は、
前記ブラシレスモータの起動時から任意の設定回転数までは、前記ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行い、前記ブラシレスモータが任意の前記設定回転数以上になると、前記ブラシレスモータの回転数の同期した同期ＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行うことを特徴とする半導体集積回路装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体集積回路装置において、
前記ブラシレスモータの任意の設定回転数は、前記ブラシレスモータの定常回転数であることを特徴とする半導体集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動制御技術に関し、特に、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｃ  Ｄｒｉｖｅ）などに用いられる多相ブラシレスモータの回転制御に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク装置などにおける磁気ディスクの駆動には、スピンドルモータが広く用いられている。スピンドルモータは、ブラシレスの直流多相モータからなり、たとえば、モータ駆動用ＩＣによって駆動される該スピンドルモータで磁気ディスクを高速で回転させる。
【０００３】
この種のモータ駆動用ＩＣによるスピンドルモータの駆動方式としては、たとえば、通電相切り替え時に２相分ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行い、電流の急峻な変化を抑えたソフトスイッチ方式が広く知られている。
【０００４】
また、スピンドルモータを回転させるには、該モータの位置検出が必要であるが、センサーレス方式としては、上述した通電相の切り替り後に無通電期間を設けてモータの逆起電圧（ＢＥＭＦ）を検出する技術が知られている。
【０００５】
このようなソフトスイッチ制御を行うモータ駆動用ＩＣは、たとえば、複数のパワーＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）トランジスタとプリドライバからなり、スピンドルモータを駆動する出力部、モータ駆動電流を検出する直流電流検出部、スピンドルモータの逆起電力を検出するＢＥＭＦ検出部、直流電流あるいは３相の中の無通電相に現れる電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器、およびロジック部から構成されている。
【０００６】
ロジック部は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）制御ループ、電流制御ループ、電流の急峻な変化を抑えるソフトスイッチ制御部、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）からの指令を受けるシリアルポート、レジスタなどから構成されている。
【０００７】
なお、この種のソフトスイッチ制御には、たとえば、パワーＭＯＳトランジスタの特性に合わせてスイッチング時間、およびデットタイムを制御するものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２７８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記のようなモータ駆動用によるスピンドルモータの駆動技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
【０００９】
この種のモータ駆動用ＩＣにおいては、定常回転では１２０ｄｅｇ通電ではなく、無通電相を極力少なくした上述したソフトスイッチ駆動方式や、無通電相をなくしたサイン（ｓｉｎ）波駆動（１８０ｄｅｇ通電）を行い、低騒音化を図っている。
【００１０】
しかしながら、ハードディスク装置の起動時には、非同期ＰＷＭで電圧プロファイルを生成する必要のない１２０ｄｅｇ通電でスピンドルモータを駆動するため、騒音レベルが高くなってしまうという問題がある。
【００１１】
また、起動時にソフトスイッチ制御を行うことも可能であるが、その場合、電圧プロファイルが回転数に同期している必要があるため、ＰＷＭ周波数が回転数に比例してしまうことになり、加速初期は、ＰＷＭ周波数が低く、モータ駆動電流も大きいため、ＰＷＭ毎の電源電流リップルが増大し、顧客仕様を満足できず、適用不可能となってしまうことになる。
【００１２】
さらに、ソフトスイッチ制御による電圧プロファイルの分割数を増やした場合には、高い周波数を維持可能であるが、回路規模増大を招いてしまい、モータ駆動用ＩＣが大型化してしまうという問題がある。
【００１３】
回路規模増大を最小に保つために、分割数を２n （６４，１２８，２５６・・・）にして、分割数の切り替え可能としても、たとえば、２００ＫＨｚ程度のＰＷＭ周波数では、プリドライバやゼロクロス検出回路の設計が非常に困難となってしまうばかりでなく、スイッチングロスによる電力効率低下も無視できないレベルとなってしまうことになる。
【００１４】
本発明の目的は、起動から定常回転数に至るまでのブラシレスモータの騒音、および振動を大幅に低減することのできる技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１７】
本発明は、複数のコイルを備えたブラシレスモータの各相に流す電流を切り替えて該ブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置であって、該モータ駆動装置は、ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行う第１の処理と、ブラシレスモータの回転数に同期するＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行う第２の処理とを切り替えて制御するモータ駆動制御部を備えたものである。
【００１８】
また、本発明は、前記モータ駆動制御部が、ブラシレスモータの起動時から任意の設定回転数までは、ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行い、ブラシレスモータが任意の設定回転数以上になると、ブラシレスモータの回転数の同期した同期ＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行うものである。
【００１９】
さらに、本発明は、前記ブラシレスモータの任意の設定回転数が、ブラシレスモータの定常回転数よりなるものである。
【００２０】
また、本発明は、前記モータ駆動制御部が、ブラシレスモータにおけるＰＬＬ制御ループの演算、電流制御ループの演算、および電流の急峻な変化を抑えるソフトスイッチ制御の演算を行う共用演算部と、ＰＬＬ制御ループの演算結果から通電相信号を生成する通電タイミグカウンタと、ブラシレスモータに供給される電流を制御するＰＷＭ信号を生成する出力制御部と、ブラシレスモータの回転数を検出する制御部とを備え、該制御部は、ブラシレスモータの回転数が定常回転数以下の際に、ＰＷＭキャリア信号の周波数をブラシレスモータの回転数に同期させるか、あるいは周波数を固定させるかを制御する同期／非同期制御信号をアクティブとし、ブラシレスモータの回転数が定常回転数となった際に同期／非同期制御信号を非アクティブとし、共用演算部は、同期／非同期制御信号がアクティブの際に、通電タイミングカウンタが生成した同期ＰＷＭキャリア信号のカウント値である分割制御信号に変化があるか否かを検出し、分割制御信号の変化を検出した際にソフトスイッチ演算を実行するものである。
【００２１】
また、本願のその他の発明の概要を簡単に示す。
【００２２】
本発明は、複数のコイルを備えたブラシレスモータの各相に流す電流を切り替えてブラシレスモータを駆動するモータ駆動用の半導体集積回路装置であって、ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行う第１の処理と、ブラシレスモータの回転数に同期するＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行う第２の処理とを切り替えて制御するモータ駆動制御部を備えたものである。
【００２３】
また、本発明は、前記モータ駆動制御部が、ブラシレスモータの起動時から任意の設定回転数までは、ブラシレスモータの回転数に依存しない非同期のＰＷＭキャリア信号でソフトスイッチ制御を行い、ブラシレスモータが任意の設定回転数以上になると、ブラシレスモータの回転数の同期した同期ＰＷＭキャリア信号によるソフトスイッチ制御を行うものである。
【００２４】
さらに、本発明は、前記ブラシレスモータの任意の設定回転数が、ブラシレスモータの定常回転数よりなるものである。
【００２５】
また、本発明は、前記モータ駆動制御部が、ブラシレスモータにおけるＰＬＬ制御ループの演算、電流制御ループの演算、および電流の急峻な変化を抑えるソフトスイッチ制御の演算を行う共用演算部と、ＰＬＬ制御ループの演算結果から通電相信号を生成する通電タイミグカウンタと、ブラシレスモータに供給される電流を制御するＰＷＭ信号を生成する出力制御部と、ブラシレスモータの回転数を検出する制御部とを備え、該制御部は、ブラシレスモータの回転数が定常回転数以下の際に、ＰＷＭキャリア信号の周波数をブラシレスモータの回転数に同期させるか、あるいは周波数を固定させるかを制御する同期／非同期制御信号をアクティブとし、ブラシレスモータの回転数が定常回転数となった際に同期／非同期制御信号を非アクティブとし、共用演算部は、同期／非同期制御信号がアクティブの際に、通電タイミングカウンタが生成した同期ＰＷＭキャリア信号のカウント値である分割制御信号に変化があるか否かを検出し、分割制御信号の変化を検出した際にソフトスイッチ演算を実行するものである。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
起動時から定常回転まで、ブラシレスモータを低騒音、かつ低振動で駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施の形態によるモータ駆動用装置のブロック図、図２は、ソフトスイッチ制御部によるソフトスイッチ駆動制御の一例を示す擬似サイン波の駆動波形の一例を示した説明図、図３は、電圧プロファイルの算出例を示す説明図、図４は、図１のモータ駆動用装置に設けられた共用演算部、およびそれに接続される周辺ブロックの構成を示すブロック図、図５は、図４の共用演算部における動作例を示すフローチャート、図６は、図５に続くフローチャート、図７は、３相ブラシレスモータの回転数とＰＷＭ周波数との関係を示す説明図、図８は、図４の共用演算部による電圧プロファイルの一例を示す説明図である。
【００３０】
本実施の形態において、モータ駆動用装置１は、たとえば、ハードディスクなどに用いられるスピンドルモータなどの３相ブラシレスモータＭを駆動制御する。モータ駆動用装置１は、図１に示すように、電流出力回路２、出力制御部３、ソフトスイッチ制御部４、セレクタ５、プリアンプ６、フィルタ７、コンパレータ８、位相誤差検出部９、ＰＬＬフィルタ１０、通電タイミングカウンタ１１、直流シャント抵抗１２、サンプリングホールド回路１３、出力電流検出用差動アンプ１４、誤差電流検出部１５、電流制御フィルタ１６、ＭＰＵ１７、シリアルポート１８、パラメータ設定レジスタ１９、セレクタ２０、Ａ／Ｄ変換器２１、通電相制御部２２、シーケンサ２３、および共用演算部２４から構成されている。
【００３１】
電流出力回路２は、出力部２ａと出力プリドライバ２ｂとからなり、３相ブラシレスモータＭのコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに順次電流を流す。出力部２ａは、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などからなるトランジスタＭ１〜Ｍ６から構成されている。
【００３２】
３相ブラシレスモータＭは、出力部２ａ、および出力プリドライバ２ｂによってパルス幅変調（ＰＷＭ）信号により駆動される。モータ駆動制御部である出力制御部３は、電流出力回路２のトランジスタＭ１〜Ｍ６を駆動して出力電流を制御するＰＷＭ信号を生成して供給し、逆起電圧を検出するコイル端子を選択する制御信号をセレクタ５に出力する。
【００３３】
出力プリドライバ２ｂは、ソフトスイッチ制御部４が生成した正弦波状の駆動電圧を出力制御部３でＰＷＭ変調した信号ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮを入力として動作する。ソフトスイッチ制御部４は、通電相の切り替えで２相をＰＷＭ動作させ、電流切り替えをなめらかにする。
【００３４】
図２は、ソフトスイッチ制御部４によるソフトスイッチ駆動制御の一例を示す擬似サイン（ｓｉｎ）波の駆動波形の一例を示したものである。
【００３５】
図示するように、駆動波形は、ＢＥＭＦ（逆起電圧）のゼロクロス検出時のみ無通電状態であり、ゼロクロス検出期間の後はソフトスイッチ制御による電圧プロファイルＳＰ１、その後電流制御によるＰＷＭ、ソフトスイッチ制御による電圧プロファイルＳＰ２、およびゼロクロス検出のための無通電期間をそれぞれ繰り返す。
【００３６】
ここで、マスク信号ＭＡＳＫは、ＢＥＭＦ（逆起電圧）のゼロクロス検出期間を制御する信号であり、Ｌｏ信号でＢＥＭＦ検出期間となる。
【００３７】
また、上記した電圧プロファイルＳＰ１，ＳＰ２は、図３に示すように、駆動電流と位相設定レジスタにより決定される位相シフト量から駆動電圧パターンの初期値（ＰＷＭＳＴ，ＳＰＳＴ）を算出する。
【００３８】
続いて、図１において、出力プリドライバ２ｂから出力されるスピンドル出力電圧Ｕ，Ｖ，Ｗは、セレクタ５でＢＥＭＦ（逆起電圧）検出相が選択され、モータコイルの中性点ＣＴとの差電圧がプリアンプ６で生成される。
【００３９】
プリアンプ６出力信号は、フィルタ７でフィルタリングされた後、コンパレータ８によって基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較される。このコンパレータ８によりＢＥＭＦ（逆起電圧）のゼロクロスを検出する。
【００４０】
ゼロクロス検出結果は、位相誤差検出部９へ入力される。この位相誤差検出部９の出力信号は、ＰＬＬフィルタ１０、通電タイミングカウンタ１１、出力制御部３、電流出力回路２、および３相ブラシレスモータＭからなるＰＬＬ制御ループによって低回転ジッタでのモータ駆動を実現する。
【００４１】
３相ブラシレスモータＭにおけるモータ駆動電流の検出は、直流シャント抵抗１２を用いて行う。直流シャント抵抗１２で検出された電圧は、サンプリングホールド回路１３を経て出力電流検出用差動アンプ１４により増幅され、Ａ／Ｄ変換される。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換された検出値ＣＲＮＴＯＵＴは、誤差電流検出部１５によって電流指示ＳＰＮ  ＣＲＮＴ  ＤＡＴＡから誤差が計算され、電流制御フィルタ１６、出力制御部３、電流出力回路２、ならびに３相ブラシレスモータＭからなる電流制御ループによって駆動電流の制御が行われる。
【００４３】
モータの速度制御については、出力制御部３より回転数に比例した周期信号ＰＨＡＳＥがマイクロプロセッサであるＭＰＵ１７に出力される。モータ駆動制御部であり、制御部となるＭＰＵ１７は、周期信号ＰＨＡＳＥに基づいて目標速度との比較を行い、速度に応じた電流指示を行う。
【００４４】
これらＰＬＬ制御、電流制御、ならびにソフトスイッチ制御の演算処理は、演算部が共有されている共用演算部２４によって行われる。
【００４５】
ＭＰＵ１７とのインターフェースは、シリアルポート１８で行われ、電流指示データＳＰＮ  ＣＲＮＴ  ＤＡＴＡ 、電流制御、ＰＬＬ、および一定トルク駆動などの各種パラメータがパラメータ設定レジスタ１９により設定される。
【００４６】
また、フィルタ７によってノイズ除去された信号は、セレクタ２０を介してＡ／Ｄ変換器２１に供給されてデジタル信号に変換される。スピンドル部システムとしては、３相ブラシレスモータＭの停止状態からの起動の制御を行う通電相制御部２２や内部の動作を制御するシーケンサ２３を有する。
【００４７】
図４は、共用演算部２４、およびそれに接続される周辺ブロックの構成を示すブロック図である。
【００４８】
モータ駆動制御部である共用演算部２４は、ＰＬＬ演算レジスタ２５、電流制御レジスタ２６、ソフトスイッチレジスタ２７、演算器２８、共用レジスタ２９、セレクタ３０，３１、および演算シーケンサ３２から構成されている。
【００４９】
セレクタ３０の入力部には、ＰＬＬ演算レジスタ２５に格納されている演算結果、電流制御レジスタ２６に格納されている演算結果、ソフトスイッチレジスタ２７に格納されている演算結果、Ａ／Ｄ変換器２１からの変換データ、位相誤差検出部９に設けられている位相比較器レジスタのレジスタ値、ならびにパラメータ設定レジスタ１９に設定された各種パラメータ値がそれぞれ入力されるように接続されている。
【００５０】
セレクタ３０の制御端子には、後述する演算シーケンサ３２のセレクタ３２ｃから出力される制御信号（クロック信号ＢＳＴＣＬＫ、またはクロック信号ＶＣＯＣＬＫ）が入力されるように接続されている。セレクタ３０は、制御信号に基づいて、任意の入力部を選択し、該セレクタ３０の出力部から出力する。
【００５１】
セレクタ３０の出力部には、共用レジスタ２９が接続されている。また、共用レジスタ２９には、演算器２８が接続されており、この演算器２８の演算結果は、共用レジスタ２９、ＰＬＬ演算レジスタ２５、電流制御レジスタ２６、およびソフトスイッチレジスタ２７にそれぞれ出力されるように接続されている。
【００５２】
演算シーケンサ３２は、演算シーケンス３２ａ，３２ｂ、およびセレクタ３２ｃから構成されている。
【００５３】
セレクタ３２ｃは、シリアルポート１８を介して外部入力される制御信号ＰＷＭＳＹＮＣに基づいて、演算シーケンス３２ａまたは演算シーケンス３２ｂのいずれかの演算結果を切り替え、セレクタ３０、演算器２８、ＰＬＬ演算レジスタ２５、電流制御レジスタ２６、およびソフトスイッチレジスタ２７にそれぞれ出力する。
【００５４】
同期／非同期制御信号である制御信号ＰＷＭＳＹＮＣは、ＰＷＭ信号の周波数をモータＭの回転数に同期させるか、あるいは周波数を固定させるかを制御する信号である。
【００５５】
ＰＬＬ制御、電流制御、ならびにソフトスイッチ制御の演算結果は、この演算シーケンサ３２により制御され、ＰＬＬ演算レジスタ２５、電流制御レジスタ２６、およびソフトスイッチレジスタ２７にそれぞれ格納される。
【００５６】
モータ駆動制御部である通電タイミングカウンタ１１は、キャリアカウンタ１１ａ、６０ｄｅｇカウンタ１１ｂ、および相切り替えカウンタ１１ｃから構成されており、該通電タイミングカウンタ１１は、ＰＬＬ演算レジスタ２５に格納されたＰＬＬ演算の結果から、キャリアカウンタ１１ａ、６０ｄｅｇカウンタ１１ｂ、および相切り替えカウンタ１１ｃを用い、通電相信号を生成する。
【００５７】
キャリアカウンタ１１ａは、ＰＬＬ演算レジスタ２５に格納されたＰＬＬ演算の結果（クロック信号ＶＣＯＣＬＫの１周期ターゲットカウント値）から、同期ＰＷＭキャリア信号となるクロック信号ＶＣＯＣＬＫを生成する。
【００５８】
６０ｄｅｇカウンタ１１ｂは、１６分割、または３２分割のカウンタとなっており、クロック信号ＶＣＯＣＬＫから、１周期が６０ｄｅｇに相当する分割信号ｆｃｏｍを生成し、相切り替えカウンタ１１ｃに出力すると共に、該分割信号ｆｃｏｍのカウント値である分割制御信号ＤＩＶＣＮＴを出力する。
【００５９】
出力制御部３は、セレクタ３ａ，３ｂ、キャリアカウンタ３ｃ、ＰＷＭ変調器３ｄ、ＳＰ変調器３ｅ、およびＰＷＭパルス生成部３ｆから構成されている。また、演算シーケンサ３２は、演算シーケンス３２ａ，３２ｂ、およびセレクタ３２ｃから構成されている。
【００６０】
セレクタ３ａの制御端子には、制御信号ＰＷＭＳＹＮＣが入力されるように接続されており、該セレクタ３ａの入力部には、キャリアカウンタ１１ａのカウント値（クロック信号ＶＣＯＣＬＫ）、および固定キャリアカウント値がそれぞれ入力されている。セレクタ３ａの出力部には、電流制御レジスタ２６が接続されている。
【００６１】
セレクタ３ｂの入力部には、キャリアカウンタ１１ａのカウント値、およびキャリアカウンタ３ｃのカウント値がそれぞれ入力されるように接続されており、該セレクタ３ｂの出力部には、ＰＷＭ変調器３ｄとＳＰ変調器３ｅとがそれぞれ接続されている。
【００６２】
また、ＰＷＭパルス生成部３ｆの入力部には、ＰＷＭ変調器３ｄによって変調されたＰＷＭ信号、およびＳＰ変調器３ｅによって変調された電圧プロファイルＳＰ１，ＳＰ２がそれぞれ入力されるように接続されている。
【００６３】
ＰＷＭパルス生成部３ｆには、ソフトスイッチイネーブル信号ＳＯＦＴＥＮＡが入力されるように接続されており、該ＰＷＭパルス生成部３ｆは、ソフトスイッチイネーブル信号ＳＯＦＴＥＮＡがアクティブ（たとえば、Ｈｉレベル）となると、ＳＰ変調器３ｅの出力を用いてソフトスイッチ制御を行う。
【００６４】
セレクタ３１の入力部には、キャリアカウンタ３ｃが生成したクロック信号ＢＳＴＣＬＫ、ならびにキャリアカウンタ１１ａが生成したクロック信号ＶＣＯＣＬＫがそれぞれ入力されている。
【００６５】
また、セレクタ３１の制御端子には、外部入力される制御信号ＰＷＭＳＹＮＣが入力されるように接続されている。セレクタ３１は、制御信号ＰＷＭＳＹＮＣに基づいて、クロック信号ＢＳＴＣＬＫ、またはクロック信号ＶＣＯＣＬＫのいずれかをＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫとして演算シーケンサ３２に供給する。演算シーケンス３２は、入力されたＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫに基づいて繰り返し計算を行う。
【００６６】
出力制御部３のＰＷＭパルス生成部は、外部からの制御信号ＰＷＭＳＹＮＣに基づいて、セレクタ３ｂが選択したキャリアカウンタ１１ａ、あるいはキャリアカウンタ３ｃのいずれかのカウント値を選択し、ＰＷＭ変調器３ｄ、およびＳＰ変調器３ｅにそれぞれ出力する。
【００６７】
ＰＷＭ変調器３ｄは、キャリアカウンタ３ｃのカウント値と演算で得られた演算結果（電流制御レジスタ２６に格納されたＰＷＭ信号のＯＮカウント数（ＰＷＭ  ＯＮカウント数））とを比較してＰＷＭ変調を行い、ＰＷＭ信号を得る。
【００６８】
ＳＰ変調器３ｅは、キャリアカウンタ３ｃのカウント値と演算で得られた演算結果（ソフトスイッチレジスタ２７に格納された電圧プロファイルのＯＮカウント数（ＳＰ  ＯＮカウント数））とを比較して電圧プロファイルＳＰ１，ＳＰ２をそれぞれ得る。
【００６９】
ＰＷＭパルス生成部３ｆは、相切り替えカウンタ１１ｃから出力される通電相信号と、ＰＷＭ変調器３ｄから出力されるＰＷＭ信号、およびＳＰ変調器３ｅとから出力される電圧プロファイルＳＰ１，ＳＰ２からプリドライバ駆動信号を生成する。
【００７０】
次に、本実施の形態による共用演算部２４の動作について、図５、図６のフローチャート、および図７の３相ブラシレスモータＭの回転数とＰＷＭ周波数との関係を示す説明図を用いて説明する。
【００７１】
この場合、３相ブラシレスモータＭは、大きな電流が必要な、停止（０％）状態から定常（１００％）状態までは、図７に示すように、Ｌｏレベル（アクティブ）の制御信号ＰＷＭＳＹＮＣが入力され、図５に示すフローチャートの動作によって駆動される。
【００７２】
Ｌｏレベルの制御信号ＰＷＭＳＹＮＣによって、セレクタ３ａは固定キャリアカウント値を、セレクタ３ｂはキャリアカウンタ３ｃの出力信号を、セレクタ３１はクロック信号ＢＳＴＣＬＫをそれぞれ選択する。また、図７では、固定周波数を約１２０ｋＨｚとしている。
【００７３】
その後、３相ブラシレスモータＭが、比較的電流の少ない定常回転となると、制御信号ＰＷＭＳＹＮＣをＨｉレベルとし、図６に示すフローチャートの動作によってＰＷＭキャリア回転数同期モードに遷移し、低騒音、低回転ジッタ化する（ＰＷＭ周波数は６９ｋＨｚ）。
【００７４】
まず、図５において、演算シーケンサ３２が、クロック信号ＣＡＲＹＣＬＫの立ち上りを検出すると（ステップＳ１０１）、電流制御演算が実行される。この場合、演算シーケンサ３２は、セレクタ３０を制御してＡ／Ｄ変換器２１から出力されるデータと、パラメータ設定レジスタ１９に設定されたデータ（電流指示データＳＰＮＣＲＮＴ、および固定キャリアカウント値）を共有レジスタ２９にロードする。
【００７５】
また、演算シーケンサ３２は、演算器２８の動作モード制御し、その演算結果を電流制御レジスタ２６に格納する（ステップＳ１０２）。
【００７６】
続いて、演算シーケンサ３２が、クロック信号ＣＡＲＹＣＬＫの立ち下がりを検出すると（ステップＳ１０３）、演算シーケンス３２ｂは、分割制御信号ＤＩＶＣＮＴに変化があったか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
【００７７】
ステップＳ１０４の処理において、分割制御信号ＤＩＶＣＮＴに変化があった場合には、ソフトスイッチ演算が実行される（ステップＳ１０５）。このソフトスイッチ制御演算実行の時、演算シーケンサ３２は、セレクタ３０を制御して、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるデータ、パラメータ設定レジスタ１９に設定されているデータ（電流指示データＳＰＮＣＲＮＴ、ソフトスイッチパラメータ）、ならびに電流制御レジスタ２６のデータを共用レジスタ２９にロードする。また、演算シーケンサ３２は、演算器２８の動作モードを制御し、その演算結果をソフトスイッチレジスタ２７に格納する。
【００７８】
また、ステップＳ１０４の処理において、分割制御信号ＤＩＶＣＮＴに変化がない場合には、後述するステップＳ１０６の処理が実行される。
【００７９】
演算シーケンサ３２は、ＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫの１周期内にマスク信号ＭＡＳＫの立ち上がりがあるか否かを判定し（ステップＳ１０６）、マスク信号ＭＡＳＫの立ち上がりがない場合には、ステップＳ１０１の処理に戻る。
【００８０】
ステップＳ１０６の処理において、ＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫの１周期内にマスク信号ＭＡＳＫの立ち上がりがあると判定した場合には、ＰＬＬ制御演算を実行した後（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１の処理に戻る。
【００８１】
このＰＬＬ制御演算実行では、演算シーケンサ３２がセレクタ３０を制御し、位相誤差検出部９の位相比較器レジスタのデータと、ＰＬＬ演算レジスタ２５のデータとを共有レジスタにロードする。
【００８２】
また、演算シーケンサ３２は、演算器２８の動作モードを制御し、その演算結果をＰＬＬ演算レジスタ２５に格納する。
【００８３】
そして、ＭＰＵ１７は、周期信号ＰＨＡＳＥから３相ブラシレスモータＭが定常（１００％）状態になったと判断すると、図６に示す処理を実行してＰＷＭキャリア回転数同期モードとし、低騒音、低回転ジッタ化する。
【００８４】
この図６におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理は、図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０３，Ｓ１０５〜Ｓ１０７と同様であるので説明は省略する。この図６の処理では、クロック信号ＶＣＯＣＬＫが、クロック信号ＣＡＲＹＣＬＫとしてセレクタ３１により選択される。また、３相ブラシレスモータＭの駆動制御中においては、これらステップＳ２０１〜Ｓ２０６の処理が繰り返し行われることになる。
【００８５】
図８は、本発明を適用した電圧プロファイルの一例を示す説明図である。
【００８６】
電圧プロファイルは、折線近似のため、クロック信号ＶＣＯＣＬＫ（＝クロック信号ＢＳＴＣＬＫ）毎にそれぞれの電圧パターン値からクロック信号ＶＣＯＣＬＫの１周期で変化する電圧量（ｄｐｗｍ，ｄｐｓ１，ｄｐｓ２，ｄｐｓ３）を加減算することで生成する。
【００８７】
電流制御演算の更新間隔が最も短く、電流制御演算の演算シーケンスは、ＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫをベースとして繰り返し計算を行う。また、前述したように、電流制御は、ＰＷＭキャリア信号ＣＡＲＹＣＬＫ毎に１回計算され、ＰＬＬ演算では、マスク信号がＬｏレベルからＨｉレベル、すなわちＢＥＭＦ検出が完了後のみ実行される。
【００８８】
ソフトスイッチ演算は、分割制御信号ＤＩＶＣＮＴの変化を検出することにより、分割制御信号ＤＩＶＣＮＴの１周期に１回のみ実行され、電圧プロファイルは、回転数に同期する。
【００８９】
以上によって、ＰＷＭ周波数を固定とし、電流制御の更新間隔を維持しつつ、電圧プロファイルが回転数に同期したソフトスイッチ制御を可能にすることができる。
【００９０】
それにより、本実施の形態によれば、大電流が必要なモータ初期加速時にＰＷＭキャリア周波数を固定することができるので、電源電流リップルを低減することができる。
【００９１】
また、低回転からソフトスイッチ制御が可能となるので、３相ブラシレスモータＭを低騒音で起動することができる。
【００９２】
さらに、定常回転は、同期ＰＷＭキャリアによるソフトスイッチ制御を行うので、低騒音かつ、低回転ジッタの駆動を可能とすることができる。
【００９３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９４】
たとえば、前記実施の形態では、１６５ｄｅｇ通電によるモータ駆動用装置について記載したが、図９に示すように、１８０ｄｅｇ通電によるモータ駆動用装置１ａに本発明を適用するようにしてもよい。
【００９５】
この場合、モータ駆動用装置１ａは、図１のモータ駆動用装置１の構成に、コンパレータ３３，３４、セレクタ３５，３６、およびサンプル／ホールド回路３７が新たに追加されている構成となっている。
【００９６】
モータ駆動用装置１ａにおいて、スピンドル出力電圧Ｕ，Ｖ，Ｗはセレクタ５でＢＥＭＦ（逆起電圧）検出相が選択され、モータコイルの中性点ＣＴとの差電圧がプリアンプ６で生成される。
【００９７】
プリアンプ６の出力信号は、フィルタ７でフィルタリングされた後にコンパレータ８により基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較される。このコンパレータ８によりＢＥＭＦ（逆起電圧）のゼロクロスを検出する。
【００９８】
ハーフブリッジの出力段の下側のトランジスタＭ２，Ｍ４，Ｍ６のゲート電圧ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、セレクタ３５で電流ゼロクロス検出を行う相が選択される。セレクタ５の出力が基準電圧Ｖｒｅｆ３と交差するタイミングをコンパレータ３４で検出し、セレクタ３５の出力をサンプル／ホールド回路３７によりサンプル／ホールドし、この電圧と基準電圧Ｖｒｅｆ２とをコンパレータ３４により比較して電流のゼロクロスを検出する。
【００９９】
ＢＥＭＦのゼロクロス出力と電流ゼロクロス出力とはセレクタ３６によってどちらの情報を利用するかが選択される。一定トルク駆動を行う場合には電流のゼロクロス検出結果を用い、それ以外の場合は上記ＢＥＭＦのゼロクロス結果を用いるようにする。
【０１００】
図１０は、図９のモータ駆動用装置１ａの動作波形の一例を示す説明図である。
【０１０１】
電流のゼロクロス検出を行うようにすることにより通電タイミングの制御を行うと、ＢＥＭＦ検出のための無通電期間が不要となり、図１０のように正弦波状の電圧でモータを駆動することができる。
【０１０２】
モータコイルにかかる電圧は駆動電圧からＢＥＭＦを差し引いた電圧であり、ＢＥＭＦが正弦波の場合にはモータコイルにかかる電圧も正弦波となる。よって駆動電流も正弦波となり、これにより一定トルクでモータを駆動することが可能になる。したがって、トクルが一定となりモータの低騒音化、低振動化を図ることが可能になる。
【０１０３】
このモータ駆動用装置１ａでは、ＢＥＭＦの位相を検出する方法が違うのみで、電圧プロファイル生成は、図１０と同一で１８０ｄｅｇ通電が可能であり、本発明を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、多相ブラシレスモータにおける起動時の低騒音化、および低振動化を実現する技術に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施の形態によるモータ駆動用装置のブロック図である。
【図２】ソフトスイッチ制御部によるソフトスイッチ駆動制御の一例を示す擬似サイン波の駆動波形の一例を示した説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態による電圧プロファイルの算出例を示す説明図である。
【図４】図１のモータ駆動用装置に設けられた共用演算部、およびそれに接続される周辺ブロックの構成を示すブロック図である。
【図５】図４の共用演算部における動作例を示すフローチャートである。
【図６】図５に続くフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態による３相ブラシレスモータの回転数とＰＷＭ周波数との関係を示す説明図である。
【図８】図４の共用演算部による電圧プロファイルの一例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施の形態によるモータ駆動用装置のブロック図である。
【図１０】図９のモータ駆動用装置の動作波形の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  モータ駆動用装置
２  電流出力回路
２ａ  出力部
２ｂ  出力プリドライバ
３  出力制御部
３ａ，３ｂ  セレクタ
３ｃ  キャリアカウンタ
３ｄ  ＰＷＭ変調器
３ｅ  ＳＰ変調器
３ｆ  ＰＷＭパルス生成部
４  ソフトスイッチ制御部
５  セレクタ
６  プリアンプ
７  フィルタ
８  コンパレータ
９  位相誤差検出部
１０  ＰＬＬフィルタ
１１  通電タイミングカウンタ
１１ａ  キャリアカウンタ
１１ｂ  ６０ｄｅｇカウンタ
１１ｃ  相切り替えカウンタ
１２  直流シャント抵抗
１３  サンプリングホールド回路
１４  出力電流検出用差動アンプ
１５  誤差電流検出部
１６  電流制御フィルタ
１７  ＭＰＵ
１８  シリアルポート
１９  パラメータ設定レジスタ
２０  セレクタ
２１  Ａ／Ｄ変換器
２２  通電相制御部
２３  シーケンサ
２４  共用演算部
２５  ＰＬＬ演算レジスタ
２６  電流制御レジスタ
２７  ソフトスイッチレジスタ
２８  演算器
２９  共用レジスタ
３０，３１  セレクタ
３２  演算シーケンサ
３２ａ，３２ｂ  演算シーケンス
３２ｃ  セレクタ
３３，３４  コンパレータ
３５，３６  セレクタ
３７  サンプル／ホールド回路
Ｍ  ３相ブラシレスモータ
Ｍ１〜Ｍ６  トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
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【図１０】
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