(57)【要約】【課題】  マイコンからの指令を必要とせず、ＰＷＭ周期毎の一回一回のスイッチングにおいて、高速減衰と低速減衰の制御を自動調整することが可能なモータ駆動装置および方法を提供する。【解決手段】  駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号に基づいて駆動電力を生成する駆動部と、モータ電流の電流検出信号を生成する電流検出部と、モータ電流の目標信号を生成する目標信号生成部と、電流検出信号と目標信号とを比較し比較結果信号を生成する比較部とを有し、駆動部は、回生状態においてモータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と回生状態においてモータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、駆動信号生成部は、比較結果信号に基づいて駆動信号を制御し、回生状態において駆動部を高抵抗導通路と低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴としている。【選択図】図１
2007104839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する装置であって、
駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、
前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、
前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、
前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有し、
前記駆動手段は、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、
前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記駆動手段を、前記高抵抗導通路と前記低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴とする、モータ駆動装置。
【請求項２】
前記比較手段は、前記電流検出信号と前記目標信号との差分値を表す比較結果信号を生成し、
前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号を所定値と比較し、前記電流検出信号が前記目標信号よりも前記所定値以上の場合、前記駆動手段を前記高抵抗導通路に設定することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
更に、前記給電状態の開始時点から所定期間を計時するタイマ部を含み、
前記駆動信号生成手段は、前記所定期間後の前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記駆動信号生成手段と、前記駆動手段と、前記電流検出手段と、前記目標信号生成手段と、前記比較手段とを含む駆動処理手段をＮ（Ｎは２以上の整数）相分と、
Ｎ相の前記比較結果信号に基づいて、１個の２値情報を表す減衰選択信号を生成する論理処理手段とを備え、
前記Ｎ相の駆動信号生成手段は、前記減衰選択信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項１記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記論理処理手段は、論理和回路であることを特徴とする、請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記論理処理手段は、論理積回路であることを特徴とする、請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有するモータ駆動装置に利用する半導体集積回路であって、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の前記駆動信号生成手段と、Ｎ相の前記駆動手段と、Ｎ相の前記目標信号生成手段と、Ｎ相の前記比較手段とを含むことを特徴とする、半導体集積回路。
【請求項８】
モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する方法であって、
駆動信号を生成するステップと、
前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成するステップと、
前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成するステップと、
前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成するステップと、
前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成するステップを有し、
前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させるステップと、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させるステップのいずれか一方のステップに設定することを特徴とする、モータ駆動方法。
【請求項９】
前記比較結果信号は、前記電流検出信号と前記目標信号との差分値を表し、
前記比較結果信号を所定値と比較し、前記電流検出信号が前記目標信号よりも前記所定値以上の場合、前記モータ電流を高速に減衰させるステップに設定することを特徴とする、請求項８記載のモータ駆動方法。
【請求項１０】
更に、前記給電状態の開始時点から所定期間を計時するステップを含み、
前記所定期間後の前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御することを特徴とする、請求項８記載のモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置、特にステッピングモータ駆動装置において、より低騒音、低振動に駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ：デジタル静止画カメラ、いわゆるデジカメ）やＤＶＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｉｄｅｏ  Ｃａｍｅｒａ：デジタルビデオカメラ）といった動画撮影用電子機器における絞り、焦点、ズームなどの駆動制御に、位置制御が容易なステッピングモータが用いられている。動画撮影用電子機器に用いられるステッピングモータには、特に低騒音性及び低振動性が求められる。ステッピングモータが発する騒音は、機器の内蔵マイクに雑音として録音され、振動やぶれを生じさせ、画質を劣化させる恐れがあるからである。
【０００３】
そのため、ステッピングモータの動作を低騒音化及び低振動化させる駆動技術が、開発されている。まず、ステッピングモータの駆動方式に関する従来例を、以下に説明する。図８は、特開２００４−２１５３８５公報、及び特開２００４−２７４８８０公報に説明されているステッピングモータ駆動装置の構成図である。
【０００４】
図８において、２０ｐは、駆動制御対象であるステッピングモータ、１９ａｐ、１９ｂｐは、ステッピングモータ２０ｐのそれぞれＡ相、Ｂ相モータコイル、１８ａｐ、１８ｂｐは、それぞれＡ相、Ｂ相モータコイル１９ａｐ、１９ｂｐに駆動電力を供給するＡ相駆動処理部、Ｂ相駆動処理部である。Ｂ相駆動処理部１８ｂｐはＡ相駆動処理部１８ａｐと同一の構成になっており、Ａ相駆動処理部１８ａｐ内の各要素は添字ａｐ、Ｂ相駆動処理部１８ｂｐ内の各要素は添字ｂｐでそれぞれ表される。以降、本従来例では、Ａ相駆動処理部１８ａｐについて構成および動作を説明するが、Ｂ相駆動処理部１８ｂｐについても同様に説明できるので、省略する。
【０００５】
Ａ相駆動処理部１８ａｐにおいて、１ａｐは、回転位相信号Ｓ１５ａｐをトリガーとしてステップ状に増加し減少するステップ信号Ｓ１ａｐを生成するステップ信号生成部、２ａｐは、ステップ信号生成部１ａｐから出力されるステップ信号Ｓ１ａｐを平滑化する積分部、３ａｐは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すＰＷＭ基準信号Ｓ３ａｐを生成する発振部、４ａｐは、モータに電流を流す駆動部、４１ａｐ、４２ａｐ、４３ａｐ、４４ａｐは、駆動部４ａｐを構成するトランジスタ、５ａｐは、モータに流れる電流を検出する電流検出部、６ａｐは、積分部２ａｐの出力Ｓ２ａｐと電流検出出力Ｓ５ａｐとを比較する比較部、７ａは、発振部３ａｐからの出力と比較部６ａｐからの出力を取り込むフリップフロップ、８ａｐはフリップフロップ７ａの出力Ｓ７ａをもとに、駆動部４ａｐのオン／オフのタイミングを制御する通電制御部、９ａｐはマイコン１０ｐからの指令を受け、通電制御部８ａｐを制御し、モータ電流の減衰量を制御する減衰制御部である。１０ｐはマイコンである。
【０００６】
次に本従来例の動作について説明する。
図９に、従来のステッピングモータ駆動装置の各部の出力信号波形を示す。まず、ステップ信号生成部１ａｐにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号Ｓ１ａｐを生成する。ステップ信号Ｓ１ａｐを、積分部２ａｐにより平滑する。この平滑された積分部出力Ｓ２ａｐが、モータ電流の実際の目標電流値となる。また、発振部３ａｐは、所定周期のＰＷＭ基準信号Ｓ３ａｐを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図９の時点Ｔ１ｐに相当する。ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａｐは、フリップフロップ７ａｐのセット端子に入力される。フリップフロップ７ａｐの出力は、通電制御部８ａｐに入力され、通電制御部８ａｐによって駆動部４ａｐのそれぞれのトランジスタを制御し、モータに電流を流す。これは図７の給電期間Ｔ２ｐに相当する。以降モータに電流を流すことを給電と呼ぶ。
【０００７】
給電中のモータ電流の流れを図１０Ａに示す。図１０Ａに示すように、給電中、駆動部４ａｐの各トランジスタ４１ａｐ、４４ａｐはオンし、各トランジスタ４２ａｐ、４３ａｐはオフした状態でモータコイルに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各トランジスタ４２ａｐ、４３ａｐはオンし、各トランジスタ４１ａｐ、４４ａｐはオフする状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ７ａｐがセット優先であるため、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａｐのパルスエッジを起点に、毎周期ごとに決められた時間において確実に起こる。これは、モータ電流の誤検出を防ぐためである。上述した動作は図９の期間Ｔ３ｐに相当する。
【０００８】
モータに電流が流れだすと、電流検出部５ａｐにてモータ電流を検出し、その値Ｓ５ａｐを出力する。目標電流値である積分部出力Ｓ２ａｐの値と電流検出部５ａｐの出力値Ｓ５ａｐを比較部６ａｐで比較する。電流検出部５ａｐの出力値Ｓ５ａｐが積分部２ａｐの出力値Ｓ２ａｐを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部６ａｐはローを出力し、フリップフロップ７ａｐのリセット端子に入力される。上述した動作は図９の時点Ｔ４ｐに相当する。フリップフロップ７ａｐの出力Ｓ７ａｐは、通電制御部８ａｐに入力され、通電制御部によって駆動部４ａｐのそれぞれのトランジスタを制御し、モータコイル１９ａｐへの電流供給を停止させる。このとき、モータコイル１９ａｐにより回生電流が流れる。これは図７の回生期間Ｔ５ｐに相当する。以降、電流回生時を回生と呼ぶ。ＰＷＭ周期ごとに、この繰り返しでステッピングモータ２０ｐの駆動制御を行っている。
【０００９】
また、マイコン１０ｐから減衰制御部９ａｐ、９ｂｐに信号を送ることで、回生時のモータ電流の傾きを調整することができる。マイコン１０ｐから減衰制御用の信号が減衰制御部９ａｐに送られると、減衰制御部９ａｐはその信号から減衰状態を決定できる信号を通電制御部８ａｐに送る。これにより、回生時、通電制御部８ａｐが駆動部４ａｐのそれぞれのトランジスタのゲート部を制御することで、減衰制御が可能となる。
【００１０】
図１０Ｂに回生時のモータコイル電流の流れの１例を示す。図１０Ｂは回生時、駆動部４ａｐのトランジスタ４１ａｐ、４２ａｐをオンにし、トランジスタ４３ａｐ、４４ａｐをオフにすることにより、同期整流をオンにした状態である。この時、モータコイル両端の電圧ＶＬは、トランジスタ４１ａｐ、４２ａｐがオンしているため、ほとんどモータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分になる。そのため、モータコイル両端の電圧ＶＬは小さい電圧となる。モータコイル電流の減衰の速さを表す傾きは、（モータコイル両端電圧ＶＬ）／（モータコイル抵抗値）で決まるため、モータコイル電流の傾きは小さいものになる。つまり、コイル電流の減衰が遅くなる状態である。以後、この状態を低速減衰と呼ぶ。
【００１１】
図１０Ｃに別の回生時のモータコイル電流の流れの１例を示す。図１０Ｃは回生時、駆動部４ａｐのトランジスタ４１ａｐをオンにし、トランジスタ４２ａｐ、４３ａｐ、４４ａｐをオフにして、回生電流が流れる状態を示している。この時、モータコイル両端の電圧ＶＬは、一端はトランジスタがオンしているため、ほぼモータ電源電圧値がかかり、もう一端は回生電流を流し、寄生ダイオードがオンするため、（モータ電源電圧値）＋（寄生ダイオード導通電圧）分かかる。つまり、モータコイル両端にかかる電圧ＶＬは、（寄生ダイオード導通電圧）＋（モータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分）になる。このモータコイル両端にかかる電圧ＶＬは、先の低速減衰の時のモータコイル端電圧よりもはるかに大きい。つまり、モータコイル電流の傾きは大きく、コイル電流の減衰が速い状態である。以後、この状態を高速減衰と呼ぶ。
【００１２】
図１０Ｄに、給電時、低速減衰時、高速減衰時のそれぞれの状態において、通電制御部８ａｐによって制御される駆動部４ａｐの各トランジスタ４１ａｐ、４２ａｐ、４３ａｐ、４４ａｐの状態を示す。
【００１３】
図１１Ａは、高速減衰が低速減衰より好ましい場合の波形図である。この場合、積分部２ａｐの目標電流波形出力Ｓ２ａｐより、電流検出部５ａｐの実電流波形Ｓ５ａｐが高い値にあり、高速減衰により実電流波形Ｓ５ａｐを高速に下げて、目標電流波形Ｓ２ａｐに近づけるように制御する。図１１Ｂは図１１Ａとは逆で、低速減衰が高速減衰より好ましい場合の波形図である。この場合、積分部２ａｐの目標電流波形出力Ｓ２ａｐより電流検出部５ａｐの実電流波形Ｓ５ａｐが低い値にあり、低速減衰により実電流波形Ｓ５ａｐの減衰を抑えて、目標電流波形Ｓ２ａｐに近づけるように制御する。
【００１４】
マイコン１０に事前に、回転数に応じてどちらの減衰を選択するか、決められたプログラムを作成しておき、回転数に応じて、高速減衰、あるいは低速減衰を適切に選択する。例えば、１２００ＰＰＳ程度の速い回転数ならば、高速減衰を選択し、１２０ＰＰＳ程度の遅い回転数時ならば、低速減衰を選択することで、より目標に近いモータ電流波形を得ることが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−２１５３８５号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、前述した従来のステッピングモータ駆動装置の構成では、マイコンにあらかじめプログラミングしておくため、回転速度によっては最適に減衰制御できない。
【００１６】
例えば、図１２Ａに示すように、回転数の速い領域では１ステップの周期が短いため、目標電流波形に近づけるためには、速い減衰が好ましい。そのため、あらかじめ回転速度の速い領域では、高速減衰を選択していた。また、図１２Ｂに示すように、回転速度の遅い領域では、１ステップの周期が長いため、目標電流波形に近づけるには、遅い減衰が好ましい。そのため、回転速度の遅い領域では、低速減衰を選択していた。しかし、図１２Ｃに示すように、回転速度が速くもなく、遅くもない領域ではどちらの減衰制御も一長一短であり、減衰制御の最適化が難しいという課題を有していた。
【００１７】
また、ステップ信号生成部１ａｐから出力されるステップ信号値Ｓ１ａｐによっても、高速減衰あるいは低速減衰それぞれに一長一短が存在する。例えば、同期整流をオンにした状態において、図１３Ｂ、図１３Ｃに示すように、ステップ信号生成部１ａｐのステップ信号値Ｓ１ａｐが高い場合Ｓ１ｐＨには、モータコイルに流れる電流は大きく、モータコイル抵抗によって発生する電圧降下分ＶＬの電圧も大きくなる。ＶＬ値が大きいため、回生電流の傾きも大きくなり、減衰量も大きくなる。あるいは、図１３Ｂ、図１３Ｄに示すように、ステップ信号生成部１ａｐのステップ信号値Ｓ１ａｐが低い場合Ｓ１ｐＬには、モータコイルに流れる電流は小さく、モータコイル抵抗によって発生する電圧降下分ＶＬの電圧は小さくなる。ＶＬ値が小さいため、回生電流の傾きも小さくなり、減衰量も小さくなる。このように、ステップ信号の電圧値Ｓ１ａｐによっても、減衰制御の最適化が難しくなる領域も存在した。
【００１８】
また、前述した従来のステッピングモータ駆動装置の構成では、マイコン１０ｐからの指令を受けてからでないと、減衰制御できないため、ＰＷＭ周期毎の一回一回のスイッチングによる減衰制御の選択が不可能という課題も有していた。
【００１９】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、マイコンからの指令を必要とせず、ＰＷＭ周期毎の一回一回のスイッチングにおいて、高速減衰と低速減衰の制御を自動調整することが可能なモータ駆動装置および方法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】
【００２０】
上記目的を達成するために本発明のモータ駆動装置は、モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する装置であって、駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有し、前記駆動手段は、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させる高抵抗導通路と、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させる低抵抗導通路とを含み、前記駆動信号生成手段は、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記駆動手段を、前記高抵抗導通路と前記低抵抗導通路のいずれか一方の導通路に設定することを特徴としている。
【００２１】
また本発明の半導体集積回路は、駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成する駆動手段と、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成する電流検出手段と、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成する目標信号生成手段と、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成する比較手段とを有するモータ駆動装置に利用する半導体集積回路であって、Ｎ（Ｎは２以上の整数）相の前記駆動信号生成手段と、Ｎ相の前記駆動手段と、Ｎ相の前記目標信号生成手段と、Ｎ相の前記比較手段とを含むことを特徴としている。
【００２２】
更に本発明のモータ駆動方法は、モータに駆動電力が供給されている給電状態と、前記モータから回生電力を受けている回生状態とが繰り返し行われ、前記モータを駆動する方法であって、駆動信号を生成するステップと、前記駆動信号に基づいて、前記駆動電力を生成するステップと、前記モータのモータ電流の大きさを検出し、電流検出信号を生成するステップと、前記モータ電流の目標値を表す目標信号を生成するステップと、前記電流検出信号と前記目標信号とを比較し、比較結果信号を生成するステップを有し、前記比較結果信号に基づいて、前記駆動信号を制御し、前記回生状態において前記モータ電流を高速に減衰させるステップと、前記回生状態において前記モータ電流を緩やかに減衰させるステップのいずれか一方のステップに設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のモータ駆動装置および方法によれば、ＰＷＭ周期毎にモータ電流の減衰量の切り替えを自動制御することが可能になり、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。尚、以下において実施の形態で記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
（第１の実施形態）
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図１において、２０は、駆動制御対象であるステッピングモータ、１９ａ、１９ｂは、ステッピングモータ２０のそれぞれＡ相、Ｂ相モータコイル、１８ａ、１８ｂは、それぞれＡ相、Ｂ相モータコイル１９ａ、１９ｂに駆動電力を供給するＡ相駆動処理部、Ｂ相駆動処理部である。Ｂ相駆動処理部１８ｂはＡ相駆動処理部１８ａと同一の構成になっており、Ａ相駆動処理部１８ａ内の各要素は添字ａ、Ｂ相駆動処理部１８ｂ内の各要素は添字ｂでそれぞれ表される。以降、第１の実施形態では、Ａ相駆動処理部１８ａについて構成および動作を説明するが、Ｂ相駆動処理部１８ｂについても同様に説明できるので、省略する。
【００２６】
１６は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａを生成するＡ相回転位相信号生成部、２４は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａの位相を９０度シフトしＢ相回転位相信号Ｓ１５ｂを生成する位相シフト部である。Ａ相回転位相信号生成部１６および位相シフト部２４は、回転位相信号生成部１５を構成する。
【００２７】
Ａ相駆動処理部１８ａにおいて、１ａは、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号Ｓ１ａを生成するステップ信号生成部、２ａは、ステップ信号Ｓ１ａを平滑化し目標信号Ｓ２ａを生成する積分部である。ステップ信号生成部１ａおよび積分部２ａは、目標信号生成部２１ａを構成する。４ａはモータに電流を流す駆動部、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａは、駆動部４ａを構成するスイッチング素子、５ａは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号Ｓ５ａを生成する電流検出部、６ａは、電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａとを比較し比較結果信号Ｓ６ａを生成する比較部である。３ａは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成する発振部、７ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａと比較結果信号Ｓ６ａに基づいて駆動部４ａを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号Ｓ７ａを生成するフリップフロップ部、８ａは、駆動基準信号Ｓ７ａに基づいて駆動部のオン／オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部３ａ、フリップフロップ部７ａ、および通電制御部８ａは、駆動信号生成部１７ａを構成する。
【００２８】
１１ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａに基づいて動作するタイマ部、１２ａは、タイマ部１１ａにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号Ｓ６ａを取り込み、減衰選択信号Ｓ１２ａとして出力するラッチ部である。タイマ部１１ａおよびラッチ部１２ａは、減衰選択部２２ａを構成する。９ａは、減衰選択信号Ｓ１２ａに基づいてモータ電流の減衰量を制御する減衰制御信号Ｓ９ａを生成し、通電制御部８ａに出力するＡ相減衰制御部である。
【００２９】
駆動部４ａを構成する各スイッチング素子４１ａから４４ａには、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、またはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が使用できる。
【００３０】
次に第１の実施形態の動作について説明する。ここで本発明のモータ駆動装置は、ステッピングモータ２０にモータを駆動する駆動電力を供給し、モータから回生電力を受ける。駆動電力を供給する期間を給電期間、その時の状態を給電状態と呼ぶ。また回生電力を受ける期間を回生期間、その時の状態を回生状態と呼ぶ。
【００３１】
図２は、第１の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部１ａにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号Ｓ１ａを生成する。このステップ信号Ｓ１ａを、積分部２ａにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号Ｓ２ａとなる。発振部３ａは、所定周期のＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図２の時点Ｔ１に相当する。ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａは、フリップフロップ部７ａのセット端子に入力される。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図２の給電期間Ｔ２に相当する。
【００３２】
給電中のモータ電流の流れを図３Ａに示す。図３Ａに示すように、給電状態において、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオンし、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオフした状態でＡ相モータコイル１９ａに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオンし、各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部７ａがセット優先であるため、図２に示すようにＰＷＭ基準信号Ｓ３ａのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間Ｔ３において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部５ａにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【００３３】
モータに電流が流れだすと、電流検出部５ａにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号Ｓ５ａを出力する。電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａは、比較部６ａで比較される。電流検出信号Ｓ５ａが目標信号Ｓ２ａを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはローとなる。比較結果信号Ｓ６ａはフリップフロップ部７ａのリセット端子に入力し、もし期間Ｔ３が終了しＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがハイになっていれば、フリップフロップ部７ａはリセットされる。もし期間Ｔ３が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部７ａはリセットされる。上述した動作は図２の時点Ｔ４に相当する。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル１９ａに回生電流が流れる。これは図２の回生期間Ｔ５に相当する。給電期間Ｔ２と回生期間Ｔ４の和として表されるＰＷＭスイッチング周期ごとに、この繰り返しでステッピングモータ２０の駆動制御を行う。
【００３４】
ここで、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがローになる時点Ｔ１を起点に給電期間が開始するが、時点Ｔ１と同時にタイマ部１１ａを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部１１ａのタイマ時間は、ＰＷＭスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、ＣＲの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａをラッチ部１２ａに取り込む。
【００３５】
Ａ相減衰制御部９ａにラッチ部１２ａ出力の減衰選択信号Ｓ１２ａを送ることで、回生状態におけるモータ電流の傾きを調整することができる。ラッチ部１２ａから減衰選択信号Ｓ１２ａがＡ相減衰制御部９ａに送られると、Ａ相減衰制御部９ａは減衰制御信号Ｓ９ａを生成し、通電制御部８ａに送る。これにより、回生状態において、通電制御部８ａが駆動部４ａの各スイッチング素子のゲート部を制御し、回生状態におけるモータ電流の減衰量を制御する減衰制御が可能となる。
【００３６】
図３Ｂに、回生状態におけるモータコイル電流の流れの１例を示す。図３Ｂは回生状態において、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａ、４２ａをオンにし、各スイッチング素子４３ａ、４４ａをオフにすることにより、同期整流をオンにする。この時、モータコイル１９ａ両端の電圧ＶＬは、各スイッチング素子４１ａ、４２ａがオンしているため、ほとんどモータコイル１９ａに流れる電流とモータコイル１９ａの抵抗による電圧降下分になる。そのため、モータコイル１９ａ両端の電圧ＶＬは小さい電圧となる。モータコイル電流の減衰の速さを表す傾きは、（モータコイル両端電圧ＶＬ）／（モータコイル抵抗値）で決まるため、モータコイル電流の傾きは小さい。つまり、コイル電流の減衰が遅くなる。以後、このような状態を低速減衰状態と呼ぶ。また図３Ｂにおいてモータコイル電流が流れるルートを、低抵抗導通路と呼ぶ。
【００３７】
図３Ｃに、別の回生状態におけるモータコイル電流の流れの１例を示す。図３Ｃは回生状態において、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａをオンにし、各スイッチング素子４２ａ、４３ａ、４４ａをオフにして、回生電流が流れる状態を示している。この時、モータコイル両端の電圧ＶＬは、一端はトランジスタがオンしているため、ほぼモータ電源電圧値がかかり、もう一端は回生電流を流し、寄生ダイオードがオンするため、（モータ電源電圧値）＋（寄生ダイオード導通電圧）分がかかる。つまり、モータコイル両端にかかる電圧ＶＬは、（寄生ダイオード導通電圧）＋（モータコイルに流れる電流とモータコイルの抵抗による電圧降下分）になる。このモータコイル両端にかかる電圧ＶＬは、先の低速減衰状態の時のモータコイル端電圧よりもはるかに大きい。つまり、モータコイル電流の傾きは大きく、コイル電流の減衰は速くなる。以後、このような状態を高速減衰状態と呼ぶ。また図３Ｃにおいてモータコイル電流が流れるルートを、高抵抗導通路と呼ぶ。
【００３８】
図３Ｄに、給電状態、低速減衰状態、高速減衰状態の各状態において、通電制御部８ａによって制御される駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａの状態を示す。駆動部４ａの各スイッチング素子のオン／オフ状態が図３Ｄとなるように、駆動部４ａを制御する駆動信号を設定すれば、モータコイル電流は、低抵抗導通路を流れる場合、低速減衰状態となり、高抵抗導通路を流れる場合、高速減衰状態となる。
【００３９】
ここで目標信号Ｓ２ａが、電流検出信号Ｓ５ａより高い値であれば、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはハイである。図２の時点Ｔ６に示すように、比較結果信号Ｓ６ａがハイの時は、目標電流値に対して、実電流値が低い状態と判断される。この場合、出来るだけ目標電流値に近づけるためには、電流ができるだけ緩やかに減衰する必要がある。そのため、電流の減衰量が少ない低速減衰状態を選択する。設定したタイマ時間後に比較結果信号Ｓ６ａがハイの時には、タイマ時間後に減衰選択信号Ｓ１２ａはハイになり、減衰制御信号Ｓ９ａもハイになる。これにより、通電制御部８ａは、図３Ｄの低速減衰状態で示すように、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、回生状態において駆動部４ａを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【００４０】
また、目標信号Ｓ２ａが、電流検出信号Ｓ５ａより低い値であれば、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはローである。図２の時点Ｔ７に示すように、比較結果信号Ｓ６ａがローの時は、目標電流値に対して、実電流値が高い状態と判断される。この場合、出来るだけ目標電流値に近づけるためには、電流ができるだけ急速に減衰する必要がある。そのため、電流の減衰量が大きい高速減衰状態を選択する。設定したタイマ時間後に比較結果信号Ｓ６ａがローの時には、タイマ時間後に減衰選択信号Ｓ１２ａはローになり、減衰制御信号Ｓ９ａもローになる。これにより、通電制御部８ａは、図３Ｄの高速減衰状態で示すように、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、回生状態において駆動部４ａを高速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が高いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択することが出来る。
【００４１】
以上、第１の実施形態においては、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａに基づいて、Ａ相駆動処理部１８ａおよびＡ相減衰制御部９ａが動作し、Ａ相モータコイル１９ａにＡ相駆動電力が供給される。同様にして、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａの位相を９０度シフトしたＢ相回転位相信号Ｓ１５ｂに基づいて、Ｂ相駆動処理部１８ｂおよびＢ相減衰制御部９ｂが動作し、Ｂ相モータコイル１９ｂにＡ相駆動電力とは９０度位相のシフトしたＢ相駆動電力が供給される。ステッピングモータ２０は、Ａ相駆動電力とＢ相駆動電力を受けて、所定の回転速度で回転する。
【００４２】
第１の実施形態における構成を半導体集積回路で実現する実施例としては、各駆動信号生成部１７ａ、１７ｂと、各駆動部４ａ、４ｂと、各目標信号生成部２１ａ、２１ｂと、各比較部６ａ、６ｂとを含む構成が可能である。各電流検出部５ａ、５ｂについては、高集積化のためには含めるべきであるが、チップコスト、汎用性等を考慮し、この半導体集積回路に外付けにする場合もある。
【００４３】
このように第１の実施形態によれば、ＰＷＭスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部６ａの出力により、高速あるいは低速どちらの減衰制御を行うかについて自動的に設定することができ、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
【００４４】
図４は、本発明の第２の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図４において、２０は、駆動制御対象であるステッピングモータ、１９ａ、１９ｂは、ステッピングモータ２０のそれぞれＡ相、Ｂ相モータコイル、１８ａ、１８ｂは、それぞれＡ相、Ｂ相モータコイル１９ａ、１９ｂに駆動電力を供給するＡ相駆動処理部、Ｂ相駆動処理部である。Ｂ相駆動処理部１８ｂはＡ相駆動処理部１８ａと同一の構成になっており、Ａ相駆動処理部１８ａ内の各要素は添字ａ、Ｂ相駆動処理部１８ｂ内の各要素は添字ｂでそれぞれ表される。以降、第２の実施形態では、Ａ相駆動処理部１８ａについて構成および動作を説明するが、Ｂ相駆動処理部１８ｂについても同様に説明できるので、省略する。
【００４５】
１６は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａを生成するＡ相回転位相信号生成部、２４は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａの位相を９０度シフトしＢ相回転位相信号Ｓ１５ｂを生成する位相シフト部である。Ａ相回転位相信号生成部１６および位相シフト部２４は、回転位相信号生成部１５を構成する。
【００４６】
Ａ相駆動処理部１８ａにおいて、１ａは、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号Ｓ１ａを生成するステップ信号生成部、２ａは、ステップ信号Ｓ１ａを平滑化し目標信号Ｓ２ａを生成する積分部である。ステップ信号生成部１ａおよび積分部２ａは、目標信号生成部２１ａを構成する。４ａはモータに電流を流す駆動部、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａは、駆動部４ａを構成するスイッチング素子、５ａは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号Ｓ５ａを生成する電流検出部、６ａは、電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａとを比較し比較結果信号Ｓ６ａを生成する比較部である。３ａは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成する発振部、７ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａと比較結果信号Ｓ６ａに基づいて駆動部４ａを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号Ｓ７ａを生成するフリップフロップ部、８ａは、駆動基準信号Ｓ７ａに基づいて駆動部のオン／オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部３ａ、フリップフロップ部７ａ、および通電制御部８ａは、駆動信号生成部１７ａを構成する。
【００４７】
１１ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａに基づいて動作するタイマ部、１２ａは、タイマ部１１ａにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号Ｓ６ａを取り込み、ラッチ信号Ｓ１２ａとして出力するラッチ部である。タイマ部１１ａおよびラッチ部１２ａは、減衰選択部２２ａを構成する。
【００４８】
１３は、ラッチ部１２ａ、１３ａのそれぞれのラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂを入力し、両信号の論理和を減衰選択信号Ｓ１３として出力するＯＲ回路である。ＯＲ回路１３は、論理処理部２３の第１の実施例である。９は、減衰選択信号Ｓ１３に基づいてモータ電流の減衰量を制御する各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂを生成し、それぞれ通電制御部８ａ、８ｂに出力する減衰制御部である。
【００４９】
次に第２の実施形態の動作について説明する。図５Ａは、第２の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部１ａにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号Ｓ１ａを生成する。このステップ信号Ｓ１ａを、積分部２ａにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号Ｓ２ａとなる。発振部３ａは、所定周期のＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図５Ａの時点Ｔ１に相当する。ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａは、フリップフロップ部７ａのセット端子に入力される。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図５Ａの給電期間Ｔ２に相当する。
【００５０】
給電中のモータ電流の流れを図３Ａに示す。図３Ａに示すように、給電状態において、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオンし、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオフした状態でＡ相モータコイル１９ａに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオンし、各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部７ａがセット優先であるため、図５Ａに示すようにＰＷＭ基準信号Ｓ３ａのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間Ｔ３において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部５ａにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【００５１】
モータに電流が流れだすと、電流検出部５ａにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号Ｓ５ａを出力する。電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａは、比較部６ａで比較される。電流検出信号Ｓ５ａが目標信号Ｓ２ａを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはローとなる。比較結果信号Ｓ６ａはフリップフロップ部７ａのリセット端子に入力し、もし期間Ｔ３が終了しＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがハイになっていれば、フリップフロップ部７ａはリセットされる。もし期間Ｔ３が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部７ａはリセットされる。上述した動作は図５Ａの時点Ｔ４に相当する。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル１９ａに回生電流が流れる。これは図５Ａの回生期間Ｔ５に相当する。給電期間Ｔ２と回生期間Ｔ４の和として表されるＰＷＭスイッチング周期ごとに、この繰り返しで第１の実施形態と同様にステッピングモータ２０の駆動制御を行う。
【００５２】
ここで、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがローになる時点Ｔ１を起点に給電期間が開始するが、時点Ｔ１と同時にタイマ部１１ａを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部１１ａのタイマ時間は、ＰＷＭスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、ＣＲの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａをラッチ部１２ａに取り込む。
【００５３】
ここで目標信号Ｓ２ａが、電流検出信号Ｓ５ａより高い値であれば、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはハイである。比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａおよび比較部６ｂの比較結果信号Ｓ６ｂにおいて、少なくともいずれか一方がハイの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂの少なくともいずれか一方はハイになる。ＯＲ回路１３は、少なくともいずれか一方の入力がハイとなり、ＯＲ回路１３出力の減衰選択信号Ｓ１３はハイとなるため、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもハイになる。これにより、各通電制御部８ａ、８ｂは、図３Ｄの低速減衰状態で示すように、各駆動部４ａ、４ｂの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部４ａ、４ｂを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【００５４】
逆に各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂのいずれもローの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂのいずれもローになる。ＯＲ回路１３は、いずれの入力もローとなり、ＯＲ回路１３出力の減衰選択信号Ｓ１３はローとなるため、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもローになる。これにより、各通電制御部８ａ、８ｂは、図３Ｄの高速減衰状態で示すように、各駆動部４ａ、４ｂの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部４ａ、４ｂを高速減衰状態にする。
【００５５】
各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂのいずれか一方がハイになる状態は、図５Ｂのような場合に顕著に起こりやすい。図５Ｂは、モータ駆動装置のＡ相、Ｂ相のそれぞれのモータ電流波形図である。Ａ相、Ｂ相は互いに９０度の位相でずれている。一方の電流波形が頂点付近にある時は、他の一方の電流波形はゼロ近辺になる。例えばＡ相モータ電流が頂点付近にあるということは、ステップ信号Ｓ１ａが高い値であり、電流量も多い。このため、モータコイル両端の電圧ＶＬは大きくなり、電流の減衰の傾きは大きくなる。また、Ｂ相モータ電流はゼロ付近にあり、ステップ信号Ｓ１ｂが低い値であり、電流量は少ない。このため、モータコイル両端の電圧ＶＬは小さくなり、電流の減衰の傾きは小さくなる。前述したように、各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂのいずれか一方でもハイの場合、減衰選択信号Ｓ１３はハイとなり、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもハイになる。これにより、通電制御部８ａ、８ｂは、それぞれ駆動部４ａ、４ｂが回生状態において低速減衰を行うように制御する。その結果、モータ電流が頂点付近にある場合においては、電流の減衰の傾きを目標とする電流波形に近づけることができる。
【００５６】
ここで、第２の実施形態では例としてＯＲ回路１３を用いているが、論理処理部２３としてはＯＲ回路でなくとも、２つの入力の少なくともいずれか一方がハイの場合、ハイを出力する論理回路であれば良い。
【００５７】
このように、Ａ相、Ｂ相の両方とも、あるいは、Ａ相、Ｂ相のどちらか一方が、目標電流値に対して、実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、ＰＷＭスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択する。また、Ａ相、Ｂ相の両方とも、目標電流値に対して、実電流値が高いと判断されると
出来るだけ目標電流値に近づけるため、ＰＷＭスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択する。
【００５８】
この第２の実施形態のモータ駆動装置の利点は、第１の実施形態のモータ駆動装置ではＡ相、Ｂ相の各相に必要であった減衰制御部が一つあれば良いという点である。簡単な回路の追加で、減衰制御部を１相分削減できることは、面積的にもコスト的にもメリットがある。また、モータ電流頂点付近の電流波形をより目標電流波形に近づけることが可能である。この第２の実施形態は、特にモータ電流波形がゼロ付近で目標電流値からずれない時に有用である。
【００５９】
第２の実施形態によると、マイコンからの制御信号なしに、かつ、１相分の減衰制御部のみで、ＰＷＭスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部出力の値から、減衰制御を自動的に行うことができ、モータ電流の頂点付近を特に、より目標電流に近づけた電流の形成が可能となる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
（第３の実施形態）
【００６０】
図６は、本発明の第３の実施形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。図６において、２０は、駆動制御対象であるステッピングモータ、１９ａ、１９ｂは、ステッピングモータ２０のそれぞれＡ相、Ｂ相モータコイル、１８ａ、１８ｂは、それぞれＡ相、Ｂ相モータコイル１９ａ、１９ｂに駆動電力を供給するＡ相駆動処理部、Ｂ相駆動処理部である。Ｂ相駆動処理部１８ｂはＡ相駆動処理部１８ａと同一の構成になっており、Ａ相駆動処理部１８ａ内の各要素は添字ａ、Ｂ相駆動処理部１８ｂ内の各要素は添字ｂでそれぞれ表される。以降、第３の実施形態では、Ａ相駆動処理部１８ａについて構成および動作を説明するが、Ｂ相駆動処理部１８ｂについても同様に説明できるので、省略する。
【００６１】
１６は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａを生成するＡ相回転位相信号生成部、２４は、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａの位相を９０度シフトしＢ相回転位相信号Ｓ１５ｂを生成する位相シフト部である。Ａ相回転位相信号生成部１６および位相シフト部２４は、回転位相信号生成部１５を構成する。
【００６２】
Ａ相駆動処理部１８ａにおいて、１ａは、Ａ相回転位相信号Ｓ１５ａをトリガーとしてステップ状に増加し減少する階段波状のステップ信号Ｓ１ａを生成するステップ信号生成部、２ａは、ステップ信号Ｓ１ａを平滑化し目標信号Ｓ２ａを生成する積分部である。ステップ信号生成部１ａおよび積分部２ａは、目標信号生成部２１ａを構成する。４ａはモータに電流を流す駆動部、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａは、駆動部４ａを構成するスイッチング素子、５ａは、モータに流れるモータ電流を検出し電流検出信号Ｓ５ａを生成する電流検出部、６ａは、電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａとを比較し比較結果信号Ｓ６ａを生成する比較部である。３ａは、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）のスイッチング周期ごとの基準パルスを表すＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成する発振部、７ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａと比較結果信号Ｓ６ａに基づいて駆動部４ａを制御する基準タイミングを表す駆動基準信号Ｓ７ａを生成するフリップフロップ部、８ａは、駆動基準信号Ｓ７ａに基づいて駆動部のオン／オフタイミングを制御する駆動信号を生成する通電制御部である。発振部３ａ、フリップフロップ部７ａ、および通電制御部８ａは、駆動信号生成部１７ａを構成する。
【００６３】
１１ａは、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａに基づいて動作するタイマ部、１２ａは、タイマ部１１ａにて設定されたタイマ時間後に比較結果信号Ｓ６ａを取り込み、ラッチ信号Ｓ１２ａとして出力するラッチ部である。タイマ部１１ａおよびラッチ部１２ａは、減衰選択部２２ａを構成する。
【００６４】
１４は、ラッチ部１２ａ、１３ａのそれぞれのラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂを入力し、両信号の論理積を減衰選択信号Ｓ１３として出力するＡＮＤ回路である。ＯＲ回路１３は、論理処理部２３の第２の実施例である。９は、減衰選択信号Ｓ１３に基づいてモータ電流の減衰量を制御する各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂを生成し、それぞれ通電制御部８ａ、８ｂに出力する減衰制御部である。
【００６５】
次に第３の実施形態の動作について説明する。図７は、第３の実施形態のモータ駆動装置における各部の信号波形図である。まず、ステップ信号生成部１ａにてレベルが階段波状に変化し、かつ階段波の各ステップのレベルによって、目標電流値を表すステップ信号Ｓ１ａを生成する。このステップ信号Ｓ１ａを、積分部２ａにより平滑する。この平滑された積分部出力が、モータ電流の実際の目標電流値を表す目標信号Ｓ２ａとなる。発振部３ａは、所定周期のＰＷＭ基準信号Ｓ３ａを生成し、モータコイルへの給電期間の開始を指示する。これは図７の時点Ｔ１に相当する。ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａは、フリップフロップ部７ａのセット端子に入力される。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータに駆動電力を供給する。これは図７の給電期間Ｔ２に相当する。
【００６６】
給電中のモータ電流の流れを図３Ａに示す。図３Ａに示すように、給電状態において、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオンし、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオフした状態でＡ相モータコイル１９ａに電流を流す。または、モータ動作方向によっては、上述した説明の逆で、各スイッチング素子４２ａ、４３ａはオンし、各スイッチング素子４１ａ、４４ａはオフした状態の場合もある。この給電状態は、フリップフロップ部７ａがセット優先であるため、図７に示すようにＰＷＭ基準信号Ｓ３ａのパルスエッジを起点に、所定周期ごとに決められた期間Ｔ３において確実に起こる。このように制御する理由は、電流検出部５ａにおいてモータ電流の誤検出を防止するためである。
【００６７】
モータに電流が流れだすと、電流検出部５ａにてモータ電流を検出し、その値を表す電流検出信号Ｓ５ａを出力する。電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａは、比較部６ａで比較される。電流検出信号Ｓ５ａが目標信号Ｓ２ａを越えると、モータ電流が、目標電流値を越えたことになるので、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはローとなる。比較結果信号Ｓ６ａはフリップフロップ部７ａのリセット端子に入力し、もし期間Ｔ３が終了しＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがハイになっていれば、フリップフロップ部７ａはリセットされる。もし期間Ｔ３が終了していなければ、終了した時点でフリップフロップ部７ａはリセットされる。上述した動作は図７の時点Ｔ４に相当する。フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａは、通電制御部８ａに入力され、通電制御部８ａ出力の駆動信号により、駆動部４ａの各スイッチング素子４１ａから４４ａを制御し、モータへの駆動電力の供給を停止させる。このとき、モータコイル１９ａに回生電流が流れる。これは図７の回生期間Ｔ５に相当する。給電期間Ｔ２と回生期間Ｔ４の和として表されるＰＷＭスイッチング周期ごとに、この繰り返しで第１の実施形態と同様にステッピングモータ２０の駆動制御を行う。
【００６８】
ここで、ＰＷＭ基準信号Ｓ３ａがローになる時点Ｔ１を起点に給電期間が開始するが、時点Ｔ１と同時にタイマ部１１ａを動作させ、タイマ時間を計時する。タイマ部１１ａのタイマ時間は、ＰＷＭスイッチング周期より短く設定可能である。回路構成としては、システムの基準クロックを使用しても良いし、ＣＲの時定数を利用したものでも良い。設定したタイマ時間が過ぎると、設定したタイマ時間後の比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａをラッチ部１２ａに取り込む。
【００６９】
ここで目標信号Ｓ２ａが、電流検出信号Ｓ５ａより高い値であれば、比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａはハイである。比較部６ａの比較結果信号Ｓ６ａおよび比較部６ｂの比較結果信号Ｓ６ｂにおいて、いずれもハイの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂのいずれもハイになる。ＡＮＤ回路１４は、いずれの入力もハイとなり、ＡＮＤ回路１４出力の減衰選択信号Ｓ１４はハイとなるため、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもハイになる。これにより、各通電制御部８ａ、８ｂは、図３Ｄの低速減衰状態で示すように、各駆動部４ａ、４ｂの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部４ａ、４ｂを低速減衰状態にする。このように、目標電流値に対して実電流値が低いと判断されると、出来るだけ目標電流値に近づけるために、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択することが出来る。
【００７０】
各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂのいずれか一方がローになる状態は、図５Ｂのような場合に顕著に起こりやすい。図５Ｂは、モータ駆動装置のＡ相、Ｂ相のそれぞれのモータ電流波形図である。Ａ相、Ｂ相は互いに９０度の位相でずれている。一方の電流波形が頂点付近にある時は、他の一方の電流波形はゼロ近辺になる。例えばＡ相モータ電流が頂点付近にあるということは、ステップ信号Ｓ１ａが高い値であり、電流量も多い。このため、モータコイル両端の電圧ＶＬは大きくなり、電流の減衰の傾きは大きくなる。また、Ｂ相モータ電流はゼロ付近にあり、ステップ信号Ｓ１ｂが低い値であり、電流量は少ない。このため、モータコイル両端の電圧ＶＬは小さくなり、電流の減衰の傾きは小さくなる。前述したように、各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂのいずれか一方でもローの場合、減衰選択信号Ｓ１４はローとなり、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもローになる。これにより、通電制御部８ａ、８ｂは、それぞれ駆動部４ａ、４ｂが回生状態において高速減衰を行うように制御する。その結果、モータ電流がゼロ付近にある場合においては、電流の減衰の傾きを目標とする電流波形に近づけることができる。
【００７１】
逆に各比較結果信号Ｓ６ａ、Ｓ６ｂの少なくともいずれか一方がローの場合、タイマ時間後に各ラッチ信号Ｓ１２ａ、Ｓ１２ｂの少なくともいずれか一方がローになる。ＯＲ回路１３は、少なくともいずれか一方の入力がローとなり、ＡＮＤ回路１４出力の減衰選択信号Ｓ１４はローとなるため、各減衰制御信号Ｓ９ａ、Ｓ９ｂもローになる。これにより、各通電制御部８ａ、８ｂは、図３Ｄの高速減衰状態で示すように、各駆動部４ａ、４ｂの各スイッチング素子を制御し、回生状態において各駆動部４ａ、４ｂを高速減衰状態にする。
【００７２】
ここで、第３の実施形態では例としてＡＮＤ回路１４を用いているが、論理処理部２３としてはＡＮＤ回路１４でなくとも、２つの入力の少なくともいずれか一方がローの場合、ローを出力する論理回路であれば良い。
【００７３】
このように、Ａ相、Ｂ相の両方とも、あるいは、Ａ相、Ｂ相のどちらか一方が、目標電流値に対して、実電流値が高いと判断されると出来るだけ目標電流値に近づけるために、ＰＷＭスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、高速減衰制御を選択する。また、Ａ相、Ｂ相の両方とも、目標電流値に対して、実電流値が低いと判断されると出来るだけ目標電流値に近づけるため、ＰＷＭスイッチング周期毎に、減衰制御を自動的に行い、低速減衰制御を選択する。
【００７４】
この第３の実施形態のモータ駆動装置の利点は、第１の実施形態のモータ駆動装置ではＡ相、Ｂ相の各相に必要であった減衰制御部が一つあれば良いという点である。簡単な回路の追加で、減衰制御部を１相分削減できることは、面積的にもコスト的にもメリットがある。また、モータ電流ゼロ付近の電流波形をより目標電流波形に近づけることが可能である。この第３の実施形態は、特にモータ電流波形が頂点付近で目標電流値からずれない時に有用である。
【００７５】
第３の実施形態によると、マイコンからの制御信号なしに、かつ、１相分の減衰制御部のみで、ＰＷＭスイッチング周期毎に、タイマ時間後の比較部出力の値から、減衰制御を自動的に行うことができ、モータ電流のゼロ付近を特に、より目標電流に近づけた電流の形成が可能となる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
（第４の実施形態）
【００７６】
本発明の第４の実施形態において、比較部６ａは、電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａとを比較し、比較結果信号Ｓ６ａを生成するが、比較結果信号Ｓ６ａは電流検出信号Ｓ５ａと目標信号Ｓ２ａとの差分値を表す。比較結果信号Ｓ６ａは所定値と比較され、電流検出信号Ｓ５ａが目標信号Ｓ２ａよりも所定値以上に大きい場合、ローとなり、その他の場合はハイとなる。この論理状態は、フリップフロップ部７ａ出力の駆動基準信号Ｓ７ａがハイからローに変化するタイミング（図２のＴ４）でラッチされる。このラッチ出力が通電制御部８ａに入力され、回生状態において、ラッチ出力がハイの場合、低速減衰状態が選択され、ラッチ出力がローの場合、高速減衰状態が選択される。
【００７７】
このように構成することにより、低速減衰状態と高速減衰状態の選択を正確に自動的に設定することができ、どのような回転数に対しても、目標電流波形に沿った実電流波形が得られる。これにより、低騒音性および低振動性を備えたモータ駆動装置を提供することができる。
【００７８】
尚、以上の本発明の実施の形態では、モータ駆動装置としてステッピングモータ駆動装置を例に説明したが、本発明は一般のモータ駆動装置にも展開できる。また、Ａ相モータコイル１９ａおよびＢ相モータコイル１９ｂを備えた２相構成のモータ駆動装置について説明したが、３相以上のモータコイルを備えたＮ（Ｎは３以上の整数）相構成のモータ駆動装置に対しても、本発明は適用可能である。更に、実施の形態において展開した説明は、すべて本発明を具体化した一例であり、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、モータ駆動装置および方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図２】第１の実施形態における各部の信号波形図
【図３Ａ】給電時の駆動部における電流の流れを表す説明図
【図３Ｂ】低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図３Ｃ】高速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図３Ｄ】通電制御部によって制御されるスイッチング素子の状態を表す説明図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図５Ａ】第２の実施形態における各部の信号波形図
【図５Ｂ】Ａ相とＢ相の電流波形の関係を表す説明図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図
【図７】第３の実施形態における各部の信号波形図
【図８】従来のステッピングモータ駆動装置のブロック図
【図９】従来のステッピングモータ駆動装置における各部の信号波形図
【図１０Ａ】従来の給電時の駆動部における電流の流れを表す説明図
【図１０Ｂ】従来の低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図１０Ｃ】従来の高速減衰状態駆動部における回生電流の流れを表す説明図
【図１０Ｄ】従来の通電制御部によって制御されるトランジスタの状態を表す説明図
【図１１Ａ】従来の高速減衰状態を表す説明図
【図１１Ｂ】従来の低速減衰状態を表す説明図
【図１２Ａ】従来の回転数が速い場合におけるステップ信号とモータ電流の波形図
【図１２Ｂ】従来の回転数が遅い場合におけるステップ信号とモータ電流の波形図
【図１２Ｃ】従来の低速減衰、高速減衰ともに適さない場合におけるモータ電流の波形図
【図１３Ａ】従来の低速減衰状態における回生電流の流れを表す説明図
【図１３Ｂ】従来の駆動部の出力ステップ信号を表す説明図
【図１３Ｃ】従来のステップ信号が高い場合の回生電流の減衰割合を表す説明図
【図１３Ｄ】従来のステップ信号が低い場合の回生電流の減衰割合を表す説明図
【符号の説明】
【００８１】
１ａ、１ｂ  ステップ信号生成部
２ａ、２ｂ  積分部
３ａ、３ｂ  発振部
４ａ、４ｂ  駆動部
４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ  駆動部４ａ内のスイッチング素子
４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ  駆動部４ｂ内のスイッチング素子
５ａ、５ｂ  電流検出部
６ａ、６ｂ  比較部
７ａ、７ｂ  フリップフロップ部
８ａ、８ｂ  通電制御部
９ａ  Ａ相減衰制御部
９ｂ  Ｂ相減衰制御部
１１ａ、１１ｂ  タイマ部
１２ａ、１２ｂ  ラッチ部
１３  ＯＲ回路
１４  ＡＮＤ回路
１５  回転位相信号生成部
１６  Ａ相回転位相信号生成部
１７ａ、１７ｂ  駆動信号生成部
１８ａ  Ａ相駆動処理部
１８ｂ  Ｂ相駆動処理部
１９ａ  Ａ相モータコイル
１９ｂ  Ｂ相モータコイル
２０  ステッピングモータ
２１ａ、２１ｂ  目標信号生成部
２２ａ、２２ｂ  減衰選択部
２３  論理処理部
２４  位相シフト部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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