(57)【要約】【課題】駆動対象であるステッピングモータ動作を低振動化および低騒音化するステッピングモータ駆動装置を提供する。【解決手段】そのステッピングモータ駆動装置は、巻線３に給電する電流の制限値を示す参照信号を生成する参照信号生成部１４と、オン状態において巻線に電流を給電し、オフ状態において巻線への電流の給電を停止するスイッチング部５と、給電電流を測定する給電電流測定部２０と、一定周期で基準パルスを出力する基準パルス生成部１８と、基準パルスが出力されてから一定周期よりも短い所定時間が経過したことを示す計時完了信号を出力するタイマ部３１と、基準パルスが出力された時点でスイッチング部５をオン状態にするとともに、給電電流測定部２０による測定電流が、参照信号が示す電流制限値を超えた時点、及び、計時完了信号が出力された時点のうちの早い時点でスイッチング部５をオフ状態にするパルス幅変調制御部１５とを備える。【選択図】図１
2007060893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータを駆動する装置であって、
ステッピングモータが備える巻線に給電する電流の制限値を示す参照信号を生成する参照信号生成手段と、
オン状態において前記巻線に電流を給電し、オフ状態において前記巻線への電流の給電を停止するスイッチング手段と、
前記巻線に給電された電流を測定する給電電流測定手段と、
一定周期で基準パルスを出力する基準パルス生成手段と、
前記基準パルスが出力されてから前記一定周期よりも短い所定時間が経過したことを示す計時完了信号を出力するタイマ手段と、
前記基準パルスが出力された時点で前記スイッチング手段をオン状態にするとともに、前記給電電流測定手段によって測定された電流が、前記参照信号が示す電流制限値を超えた時点、及び、前記タイマ手段から計時完了信号が出力された時点のうちの早い時点で前記スイッチング手段をオフ状態にする制御手段と
を備えることを特徴とするステッピングモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記給電電流測定手段によって測定された電流の大きさを示す信号と前記参照信号とを比較することによって、前記電流が前記電流制限値を超えたことを検出するコンパレータと、
前記コンパレータからの出力信号と前記タイマ手段からの計時完了信号との論理和をとる論理和ゲートと、
前記基準パルスによってセットされ、前記論理和ゲートからの出力信号によってリセットされるフリップフロップと、
前記フリップフロップからの出力信号が第１状態のときに前記スイッチング手段をオン状態にし、前記フリップフロップからの出力信号が第２状態のときに前記スイッチング手段をオフ状態にする通電論理部と
を有することを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、
前記電流制限値の最大値についての指示を発する最大値指示手段と、
電流制限値の最大値と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記最大値指示手段が指示した最大値に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、
前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、
前記参照信号生成手段は、前記参照信号が示す電流制限値の最大値が前記最大値指示手段によって指示された最大値となるような参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項４】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値を前記タイマ手段に指示する計時時間指示手段を備え、
前記タイマ手段は、前記計時時間指示手段から指示されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、
前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、
前記ステップ信号が示す時間位置と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、
前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、
前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応する電流制限値を示す参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項６】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、
前記電流制限値の最大値についての指示を発する最大値指示手段と、
前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、
電流制限値の最大値と前記ステップ信号が示す時間位置との組み合わせと前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記最大値指示手段が指示した最大値と前記ステップ制御手段から出力されたステップ信号が示す時間位置との組み合わせに対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、
前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、
前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記最大値指示手段が指示した最大値と前記ステップ制御手段から出力されたステップ信号が示す時間位置との組み合わせに対応する電流制限値を示す参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項７】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、
前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、
前記ステップ信号が示す時間位置と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個指示する計時時間指示手段と、
前記計時時間指示手段から指示された時間位置とタイマ設定値との組をテーブルとして保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記ステップ信号が示す時間位置に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、
前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、
前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応する電流制限値を示す参照信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項８】
前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、前記電流制限値の最大値及び前記電流制限値の１周期における時間位置の少なくとも１つについての指示を取得し、取得した最大値及び時間位置の少なくとも１つから、前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値を算出するタイマ設定値算出手段を備え、
前記タイマ手段は、前記タイマ設定値算出手段によって算出されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力する
ことを特徴とする請求項１記載のステッピングモータ駆動装置。
【請求項９】
ステッピングモータ駆動装置における制御方法であって、
前記ステッピングモータ駆動装置は、前記ステッピングモータが備える巻線に給電する電流の制限値を示す参照信号を生成する参照信号生成手段と、オン状態において前記巻線に電流を給電し、オフ状態において前記巻線への電流の給電を停止するスイッチング手段と、前記巻線に給電された電流を測定する給電電流測定手段と、一定周期で基準パルスを出力する基準パルス生成手段と、前記基準パルスが出力されてから前記一定周期よりも短い所定時間が経過したことを示す計時完了信号を出力するタイマ手段とを備え、
前記制御方法は、
前記基準パルスが出力された時点で前記スイッチング手段をオン状態にするとともに、前記給電電流測定手段によって測定された電流が、前記参照信号が示す電流制限値を超えた時点、及び、前記タイマ手段から計時完了信号が出力された時点のうちの早い時点で前記スイッチング手段をオフ状態にするステップを含む
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ駆動装置に関し、特に、ステッピングモータを低騒音かつ低振動で駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の位置制御等にステッピングモータが用いられている。ステッピングモータは、回転子と複数相の巻線を備える固定子とから構成され、回転子は単位角度ずつ回転して停止する。また、回転子は、回転ステップ数の制御により、フィードバック制御無しに、目的の角度だけ回転して停止する。このようなステッピングモータの動作における特性は、位置制御用途に適する。
【０００３】
近年、ステッピングモータは、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）といった撮影用電子機器における光学系アクチュエータとして、絞り、焦点、ズームなどの調整に用いられる。
【０００４】
動画撮影用電子機器に用いられるステッピングモータの動作には、特に低騒音および低振動が求められる。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キャッチされ雑音として録音され、振動はぶれ等を生じさせ、録画画質を劣化させるからである。この要求に応えて、ステッピングモータの動作を低騒音化および低振動化する駆動技術が、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００５】
図２０は、特許文献１に開示されている従来のステッピングモータ駆動装置の構成図である。ここでは、原理説明に必要な構成要素のみを記載する。また、ステッピングモータは複数相の巻線を備えるが、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、１相の巻線とその巻線に設けられる構成要素のみを記載する。
【０００６】
図２０に示されるように、従来のステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４、パルス幅変調制御部１５、給電電流測定部２０から構成される。パルス幅変調制御部１５はさらに、コンパレータ１６、フリップフロップ１７、基準パルス生成部１８、通電論理部１９から構成される。なお、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、ステッピングモータ２を構成する他の巻線および他の巻線に設けられる構成要素の図示と説明を省略し、巻線３に設けられる構成要素について説明する。
【０００７】
基準パルス生成部１８は、フリップフロップ１７を一定周期毎にセットする。これにより、通電論理部１９は、スイッチング部５を構成するトランジスタ６と９のいずれかと、トランジスタ７と８のいずれかを、貫通の発生しない組合せとタイミングで、一定周期毎に導通させる。給電電流測定部２０は、トランジスタ６〜９の導通によって電源１から巻線３へ供給される電流を検出し、検出電流値としてコンパレータ１６へ出力する。なお、以降の動作説明においては、給電電流測定部２０が検出する巻線３を流れる電流を単に「検出電流値」と呼ぶ。
【０００８】
参照信号生成部１４は、ステップ状に増加し、そして減少する階段波を生成し、電流制限値を表す参照信号として、コンパレータ１６へ出力する。参照信号生成部１４が生成する電流制限値を表す参照信号は、巻線３を流れる電流（巻線電流）にとっては、電流目標値となるものである。なお、以降の動作説明においては、この参照信号を単に「電流目標値」と呼ぶ。コンパレータ１６は、入力された検出電流値と電流目標値を比較し、検出電流値が電流目標値を上回った時点で、フリップフロップ１７をリセットする。フリップフロップ１７がリセットされると、通電論理部１９は、スイッチング部５を構成するトランジスタ７と８の両方を遮断する。トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９の両方とも遮断している場合には、巻線３を流れる電流は、フライホイールダイオード１１と１２のいずれかと、フライホイールダイオード１０と１３のいずれかとで回生する。トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９の両方を導通させる場合には、巻線３を流れる電流は、トランジスタ６と９にて回生する。トランジスタ７と８の両方が遮断している期間、トランジスタ６と９のいずれか片方のみを導通させる場合には、導通させなかったトランジスタに接続するフライホイールダイオードが順方向バイアスであれば、フライホイールダイオード１１と１２のいずれかと、トランジスタ６と９のいずれかとで、巻線電流は回生する。導通させなかったトランジスタに接続するフライホイールダイオードが逆方向バイアスであれば、フライホイールダイオード１０と１３のいずれかと、トランジスタ６と９のいずれかとで巻線電流は回生する。
【０００９】
フリップフロップ１７のリセット後、基準パルス生成部１８は、フリップフロップ１７を一定周期毎にセットする。これにより、以上の動作が繰り返される。
【００１０】
以上の動作により、巻線３へ供給される平均電流が電流目標値に漸近するように制御される。なお、電流目標値がステップ状に増減することで、巻線３へ供給される平均電流がステップ状に増減し、巻線３以外の他相の巻線についても、同様に動作することで、ステップの進行する速度に応じた回転速度で、ステッピングモータ２が回転動作する。
【特許文献１】特開２００４−２１５３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のような従来のステッピングモータ駆動装置によれば、巻線３を流れる電流の電流リップルが大きく、かつ、電流波形の有する周波数がパルス幅変調の変調周波数より低くなるという２点の課題が存在する。以下、図２１を参照しながら、２点の課題について説明する。
【００１２】
図２１は、従来のステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。基準パルス生成部１８は、パルス幅変調周期（以降、パルス幅変調周期を「ＰＷＭ周期」と呼ぶ。）毎にフリップフロップ１７をセットする信号を出力し（図２１（ａ））、これによりフリップフロップ１７がセットされる（図２１（ｃ））。フリップフロップ１７がセットされている期間、電源１から巻線３へ電力が供給され、巻線３を流れる電流が増加する（図２１（ｅ））。なお、フリップフロップ１７がセットされ、巻線３への電力供給によって、巻線３を流れる電流が増加する期間を「ＰＷＭオン期間」と呼ぶ。
【００１３】
ＰＷＭオン期間に、巻線３を流れる電流が増加した結果、検出電流値（図２１（ｇ））は電流目標値（図２１（ｆ））を上回り、検出電流値が上回った時点で、コンパレータ１６が、フリップフロップ１７をリセットする信号を出力し（図２１（ｂ））、これにより、フリップフロップ１７がリセットされる（図２１（ｃ））。ただし、フリップフロップ１７がセットされた後、ＰＷＭ周期Ｔの期間内に、検出電流値が電流目標値を上回るとは限らず、すなわち、ＰＷＭオン期間は、検出電流値が電流目標値を上回る迄、ＰＷＭ周期の複数期間にまたがって継続する場合がある。このときには、巻線３を流れる電流が有する周波数は、パルス幅変調の変調周波数（以降、パルス幅変調の変調周波数を「ＰＷＭ周波数」と呼ぶ。）ではなく、ＰＷＭ周波数より低い周波数となる。仮に、ＰＷＭ周波数が１００ＫＨｚであり、可聴域を上回るように設定され、騒音と認識されない設計であったとしても、ＰＷＭオン期間が、ＰＷＭ周期の複数期間継続することで、実質的なＰＷＭ周波数が下がった場合、例えば、５周期以上ＰＷＭオン期間が継続し、２０ＫＨｚ以下の周波数となった場合には、可聴域の周波数となり、騒音と認識される。
【００１４】
一方、フリップフロップ１７がリセットされている期間には、電源１から巻線３への電力供給は遮断され、回生動作により、巻線３を流れる電流が減少する（図２１（ｅ））。なお、フリップフロップ１７がリセットされ、回生動作によって巻線３を流れる電流が減少する期間を「ＰＷＭオフ期間」と呼ぶ。巻線３のインダクタンス値をＬ、ＰＷＭオフ期間に巻線３に印加される電圧をＶoffとするとき、減少する電流の傾きは、（Ｖoff/Ｌ）である。ＰＷＭオフ期間中、巻線３を流れる電流は減少するが、再度、基準パルス生成部１８の出力信号が、フリップフロップ１７をセットすることにより、再びＰＷＭオン期間へ遷移し、巻線３を流れる電流は再び増加する（図２１（ｅ））。ここで、基準パルス生成部１８が、フリップフロップ１７をセットする信号を出力した直後に、検出電流値が電流目標値を上回った場合には、基準パルス生成部１８がフリップフロップ１７をセットする信号の出力から、ＰＷＭオフ期間への遷移までが極めて短くなる。このとき、ＰＷＭオフ期間は、ＰＷＭ周期Ｔの残時間分継続することになり、ほぼＰＷＭ周期Ｔと等しくなる。この現象は、１周期前のＰＷＭオフ期間が極めて短く、巻線３を流れる電流の電流目標値からの減少量が極めて少ない状態で、ＰＷＭオン期間に遷移した場合、あるいは、検出電流値が、電流目標値を上回ったタイミングが、基準パルス生成部１８がフリップフロップ１７をセットする信号を出力するタイミングに合致した場合に生じる。
【００１５】
巻線３を流れる電流の減少量は、ＰＷＭオフ期間がＰＷＭ周期Ｔである条件下で最大となり、（Ｖoff/Ｌ）×Ｔが最大減少量となる。この最大減少量は、きわめて大きい値である。ＰＷＭオン期間に遷移後、ＰＷＭ周期Ｔの期間内に必ずＰＷＭオフ期間へ遷移する動作をする理想的なステッピングモータ駆動装置、つまり、一定のデューティ（「デューティ」とは、ＰＷＭ周期Ｔに占めるＰＷＭオン期間の割合であり、[ＰＷＭオン期間/ＰＷＭ周期Ｔ]である。以降、この割合を単に「デューティ」と呼ぶ。）で巻線電流を流す動作をするステッピングモータ駆動装置では、ＰＷＭオフ期間の時間ＴoffはＰＷＭ周期Ｔに比べて小さく設定され（例えば、ＰＷＭ周期Ｔの２０％）、その結果、ＰＷＭオフ期間Ｔoff内に巻線３を流れる電流の減少量（Ｖoff/Ｌ）×Ｔoffも小さい値（例えば、従来のステッピングモータ駆動装置における電流の減少量の２０％）となる。従って、従来のステッピングモータ駆動装置における電流リップルは、理想的なステッピングモータ駆動装置における電流リップルと比してきわめて大きいといえる。この電流リップルの増大が、ステッピングモータにおける振動となる。
【００１６】
このように、従来のステッピングモータ駆動装置では、電流リップルの増大と電流波形の有する周波数の低周波数化のために、特に動画撮影用電子機器への適用において、振動と騒音の低減効果が十分とはならず、ステッピングモータ動作の更なる低振動化および低騒音化への要求が依然として存在する。
【００１７】
上記課題に鑑み、本発明は、駆動対象であるステッピングモータ動作を低振動化および低騒音化するステッピングモータ駆動装置及びその制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のステッピングモータ駆動装置は、ステッピングモータが備える巻線に給電する電流の制限値を示す参照信号を生成する参照信号生成手段と、オン状態において前記巻線に電流を給電し、オフ状態において前記巻線への電流の給電を停止するスイッチング手段と、前記巻線に給電された電流を測定する給電電流測定手段と、一定周期で基準パルスを出力する基準パルス生成手段と、前記基準パルスが出力されてから前記一定周期よりも短い所定時間が経過したことを示す計時完了信号を出力するタイマ手段と、前記基準パルスが出力された時点で前記スイッチング手段をオン状態にするとともに、前記給電電流測定手段によって測定された電流が、前記参照信号が示す電流制限値を超えた時点、及び、前記タイマ手段から計時完了信号が出力された時点のうちの早い時点で前記スイッチング手段をオフ状態にする制御手段とを備えることを特徴とする。これにより、巻線電流が電流制限値を超えた時点、及び、予め定められたＰＷＭ周期よりも短い所定時間が経過した時点のうちの早い時点でＰＷＭオン期間からＰＷＭオフ期間に遷移するので、巻線電流はＰＷＭ周期よりも短い時間で増減が繰り返されることとなり、電流波形の周波数の低下と電流リップルの増大が防止され、ステッピングモータの低振動化および低騒音化が実現される。
【００１９】
ここで、前記制御手段は、例えば、前記給電電流測定手段によって測定された電流の大きさを示す信号と前記参照信号とを比較することによって、前記電流が前記電流制限値を超えたことを検出するコンパレータと、前記コンパレータからの出力信号と前記タイマ手段からの計時完了信号との論理和をとる論理和ゲートと、前記基準パルスによってセットされ、前記論理和ゲートからの出力信号によってリセットされるフリップフロップと、前記フリップフロップからの出力信号が第１状態のときに前記スイッチング手段をオン状態にし、前記フリップフロップからの出力信号が第２状態のときに前記スイッチング手段をオフ状態にする通電論理部とから構成することができる。
【００２０】
また、本発明に係る第２のステッピングモータ駆動装置は、さらに、前記電流制限値の最大値についての指示を発する最大値指示手段と、電流制限値の最大値と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記最大値指示手段が指示した最大値に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、前記参照信号生成手段は、前記参照信号が示す電流制限値の最大値が前記最大値指示手段によって指示された最大値となるような参照信号を生成することを特徴とする。これにより、目標電流の大きさに依存してタイマ設定値を変化させることができるので、目標電流の大きさに対応したきめ細かいパルス幅変調制御の最適化が可能となり、ステッピングモータがより低振動化および低騒音化される。
【００２１】
また、本発明に係る第３のステッピングモータ駆動装置は、さらに、前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値を前記タイマ手段に指示する計時時間指示手段を備え、前記タイマ手段は、前記計時時間指示手段から指示されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力することを特徴とする。これにより、外部からの指示によってタイマ設定値を変化させることができるので、目標電流の大きさ等に対応したきめ細かいパルス幅変調制御の最適化が可能となり、ステッピングモータがより低振動化および低騒音化される。
【００２２】
また、本発明に係る第４のステッピングモータ駆動装置は、さらに、前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、前記ステップ信号が示す時間位置と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応する電流制限値を示す参照信号を生成することを特徴とする。これにより、電流制限値の１周期における各時間位置に依存してタイマ設定値を変化させることができるので、目標電流の位相に対応したきめ細かいパルス幅変調制御の最適化が可能となり、ステッピングモータがより低振動化および低騒音化される。
【００２３】
また、本発明に係る第５のステッピングモータ駆動装置は、さらに、前記電流制限値の最大値についての指示を発する最大値指示手段と、前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、電流制限値の最大値と前記ステップ信号が示す時間位置との組み合わせと前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個格納したテーブルを保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記最大値指示手段が指示した最大値と前記ステップ制御手段から出力されたステップ信号が示す時間位置との組み合わせに対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記最大値指示手段が指示した最大値と前記ステップ制御手段から出力されたステップ信号が示す時間位置との組み合わせに対応する電流制限値を示す参照信号を生成することを特徴とする。これにより、目標電流の大きさ及び電流制限値の１周期における各時間位置に依存してタイマ設定値を変化させることができるので、目標電流の大きさ及び位相に対応したきめ細かいパルス幅変調制御の最適化が可能となり、ステッピングモータがより低振動化および低騒音化される。
【００２４】
また、本発明に係る第６のステッピングモータ駆動装置はさらに、前記参照信号の１周期内における時間位置を示すステップ信号を一定の時間間隔で出力するステップ制御手段と、前記ステップ信号が示す時間位置と前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値との組を複数個指示する計時時間指示手段と、前記計時時間指示手段から指示された時間位置とタイマ設定値との組をテーブルとして保持するとともに、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、前記ステップ信号が示す時間位置に対応するタイマ設定値を前記テーブルから読み出して前記タイマ手段に出力するメモリ手段とを備え、前記タイマ手段は、前記メモリ手段から出力されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力し、前記参照信号生成手段は、前記ステップ制御手段から出力された前記ステップ信号を受けると、受けたステップ信号が示す時間位置に対応する電流制限値を示す参照信号を生成することを特徴とする。これにより、目標電流の大きさ及び電流制限値の１周期における各時間位置に依存してタイマ設定値を変化させることができるので、目標電流の大きさ及び位相に対応したきめ細かいパルス幅変調制御の最適化が可能となり、ステッピングモータがより低振動化および低騒音化される。
【００２５】
なお、本発明に係るステッピングモータ駆動装置は、前記メモリ手段に代えて、予め定められた計算式に基づいてタイマ設定値を決定する手段を備えてもよい。つまり、前記ステッピングモータ駆動装置はさらに、前記電流制限値の最大値及び前記電流制限値の１周期における時間位置の少なくとも１つについての指示を取得し、取得した最大値及び時間位置の少なくとも１つから前記タイマ手段にセットしておく時間であるタイマ設定値を算出するタイマ設定値算出手段を備え、前記タイマ手段は、前記タイマ設定値算出手段によって算出されたタイマ設定値を前記所定時間として計時することにより前記計時完了信号を出力してもよい。これにより、最適なタイマ設定値は演算によって動的に算出されるので、各種タイマ設定値を登録したテーブルを保持しておく必要がなくなる。
【００２６】
また、本発明は、上記のようなステッピングモータ駆動装置として実現できるだけでなく、同様の機能を１チップの回路で実現した半導体集積回路、ステッピングモータ駆動装置における制御方法、その制御方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラム、そのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体等として実現することもできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係るステッピングモータ駆動装置によると、給電電流測定手段が検出した検出電流と参照信号生成手段が出力する電流制限値との比較結果に加えて、ＰＷＭオン期間の時間を制限するタイマ手段を用いてＰＷＭオフ期間への遷移を行うことにより、ＰＷＭオン期間の最大時間をＰＷＭ周期以内に制限しているので、ＰＷＭオン期間がＰＷＭ周期の複数期間に渡って継続することを防止でき、電流波形の有する周波数の低周波数化を防止することができる。
【００２８】
そして、ＰＷＭオフ期間の最大時間は、ＰＷＭ周期ＴからＰＷＭオン期間の最小時間を減じた残時間で与えられ、ＰＷＭ周期Ｔより必ず短くなるため、従来のステッピングモータ駆動装置と比べ、電流リップルを減少させることができる。
【００２９】
よって、電流波形の有する周波数の低周波数化の防止と、電流リップルの減少により、ステッピングモータ駆動装置を低騒音化および低振動化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係るステッピングモータ駆動装置の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
まず、図１〜図５を参照しながら、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。図３は、本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の電流経路図である。図４は、本発明の第１の実施の形態における給電電流測定部の一例を示す図である。図５は、理想的なステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。なお、本実施の形態及び以降の実施の形態において、巻線毎に設けられる構成要素は同一であるため、ステッピングモータ２を構成する他の巻線および他の巻線に設けられる構成要素の図示と説明を省略し、巻線３に設けられる構成要素について説明する。
【００３２】
図１に示されるように、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御する、つまり、オン状態において巻線３に電流を給電し、オフ状態において巻線３への電流の給電を停止するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０及びタイマ部３１から構成される。パルス幅変調制御部１５ａはさらに、コンパレータ１６、フリップフロップ１７、基準パルス生成部１８、通電論理部１９及びＯＲゲート３０から構成される。この構成は、図２０に示された従来のステッピングモータ駆動装置の構成にＯＲゲート３０とタイマ部３１とを付加したものに相当する。
【００３３】
ＯＲゲート３０は、コンパレータ１６からの出力信号とタイマ部３１からの出力信号（計時完了信号）との論理和をとり、その結果をフリップフロップ１７のリセット端子に出力するゲートであり、検出電流値が電流目標値を上回った時点、あるいは、タイマ部３１が所定の時間を計時した時点で、フリップフロップ１７をリセットする役割を果たす。
【００３４】
タイマ部３１は、予め設定された時間（ＰＷＭ周期Ｔよりも小さい時間）を計時すると、その旨を示すパルス信号（計時完了信号）を出力するタイマである。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、巻線３へ供給される平均電流が、参照信号生成部１４が生成する電流制限値に漸近するべく、パルス幅変調制御（以降、パルス幅変調制御を「ＰＷＭ制御」と呼ぶ。）、より詳しくは、電流チョッパ方式でＰＷＭ制御する。
【００３６】
まず、参照信号生成部１４が生成する参照信号について説明する。参照信号生成部１４は、ステップ状に増加し、そして減少する階段波の参照信号を生成し、電流目標値としてコンパレータ１６へ出力する。電流目標値がステップ状に増加もしくは減少することによって、ステッピングモータは単位角度ずつ回転する。なお、電流目標値のステップの進行は、ステップの進行を指示するＣＬＫの入力によってなされるが、タイマによるステップ進行間隔の計時によってなされる構成としても、本発明の効果を得ることができる。電流目標値のステップが進行する周期は、入力ＣＬＫ周期、あるいはステップ進行間隔を決定するタイマの周期によって、決定され、電流目標値のステップが進行する周期によって、ステッピングモータが単位角度を回転する周期が決まり、ひいては、ステッピングモータの回転周期が決まる。電流目標値は、低騒音、低振動の観点からは、正弦波状の信号であることが望ましい。参照信号生成部１４は、正弦波をサンプリングした階段波を生成する。ステップの進行に伴い、各ステップにて、正弦波をサンプリングした階段波の各値を順に出力することにより、正弦波をサンプリングした階段波が出力される。階段状のレベル変化による急峻な電流変化を回避するため、ローパスフィルタ等の積分器により階段波を平滑化した正弦波状の参照信号を、電流目標値としてコンパレータ１６へ出力する。なお、必ずしも正弦波をサンプリングした階段波である必要ではなく、実装面積の観点から、近似正弦波をサンプリングした階段波、あるいは正弦波から逸脱した階段波を用いることも可能である。また、階段状のレベル変化による急峻な電流変化が許容可能な場合には、平滑化していない階段波を、コンパレータ１６へ出力することも可能である。
【００３７】
パルス幅変調制御部１５ａは、巻線３の電流をＰＷＭ制御する。以下、パルス幅変調制御部１５ａによるＰＷＭ制御動作について、図２を参照して、詳細に説明する。図２には、ステッピングモータ駆動装置の電流波形に加えて、ＰＷＭ制御動作に係る主要信号の時間変化を示す。
【００３８】
基準パルス生成部１８は、巻線３への給電開始を指示する一定周期（ＰＷＭ周期Ｔ）の信号を、フリップフロップ１７のセット端子へ出力し、一定周期毎にフリップフロップ１７をセットする（図２（ａ））。フリップフロップ１７がセットされることにより、フリップフロップ１７の出力信号を受けた通電論理部１９が、トランジスタ６〜９を導通（オン状態）または遮断（オフ状態に）するゲート信号をトランジスタ６〜９へ供給して、スイッチング部５を構成するトランジスタ６と９のいずれかと、トランジスタ７と８のいずれかを、電源から接地への貫通が発生しない組合せとタイミングで導通させることで、巻線３への給電を開始し、これにより巻線３を流れる電流が増加し始める（図２（ｇ））。基準パルス生成部１８が生成する一定周期（ＰＷＭ周期Ｔ）の信号毎に、巻線３への給電が開始され、ＰＷＭオン期間への遷移が行われるため、基準パルス生成部１８が生成する一定周期がＰＷＭ周期として作用する。
【００３９】
トランジスタ６と７へは、トランジスタが導通するゲート信号が供給され、トランジスタ８と９へは、トランジスタが遮断するゲート信号が供給されている場合について、ＰＷＭオン期間での電流経路を、図３（ａ）中の電流経路４０に示す。図３（ａ）においては、電源１からトランジスタ６と巻線３とトランジスタ７と給電電流測定部２０を経由して接地へ電流が流れることで、電源１から巻線３への給電がなされる。なお、本実施の形態では、給電電流測定部２０を、接地とスイッチング部５の間に配置することで、給電電流測定部２０を経由して接地へ流れる電流を検出しているが、給電電流測定部２０を、電源１とスイッチング部５の間に配置することで、電源１から給電電流測定部２０を経由して流れる電流を検出することも可能であり、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【００４０】
フリップフロップ１７がセットされることにより、フリップフロップ１７の出力信号を受けたタイマ部３１が、それまでの計時内容をリセットし、新たに計時を開始する。タイマ部３１は、計時開始から所定の時間が経過した後に、ＯＲゲート３０へ計時完了信号を出力する。なお、図２に示す本実施の形態では、フリップフロップ１７がセットされる側への遷移時に、タイマ部３１の計時内容をリセットしているが、フリップフロップ１７がリセットされた時点で、計時内容をリセットした上で計時停止し、フリップフロップ１７がセットされた後に、新たに計時開始することも可能である。
【００４１】
図３（ａ）中の電流経路４０に示した巻線３を流れる電流は、給電電流測定部２０にて検出され、給電電流測定部２０は、巻線３を流れる検出電流値をコンパレータ１６へ出力する。図４は、給電電流測定部２０の構成を示す回路図である。この給電電流測定部２０は、検出抵抗４１、センスアンプ４２、ゲイン設定抵抗４３及び４４から構成される。電流経路４０に示した巻線３を流れる電流は、検出抵抗４１を通じて接地へ流入する。検出抵抗４１の端子に発生する電圧が、センスアンプ４２の非反転入力端子へと入力される。センスアンプ４２の入力から出力への電圧ゲインは、ゲイン設定抵抗４３と４４によって設定される。非反転入力端子へと入力された電圧をゲイン倍した電圧が、巻線３を流れる電流の検出電流値として、センスアンプ４２からコンパレータ１６へ出力される。
【００４２】
コンパレータ１６へは、参照信号生成部１４から電流目標値と、給電電流測定部２０から検出電流値とが入力される。コンパレータ１６は、入力された電流目標値と検出電流値を比較し、検出電流値が電流目標値を上回った時点で、ＯＲゲート３０を通じて、フリップフロップ１７をリセットすることで（図２（ｂ））、ＰＷＭオフ期間へ遷移する（図２（ｄ）、（ｅ）、（ｇ））。本実施の形態においては、図２中の時刻Ａに示すように、検出電流値が電流目標値を上回ったことを検出する以前であっても、タイマ部３１が所定の時間（ＰＷＭ周期よりも短い時間）を計時し、ＯＲゲート３０へ計時完了信号が出力された場合には、ＯＲゲート３０を通じて、フリップフロップ１７がリセットされ、電流検出によらず、ＰＷＭオフ期間へ遷移する。タイマ部３１によるＰＷＭオフ期間への遷移が、本発明の特徴であり、複数のＰＷＭ周期に渡って、検出電流値が電流目標値を下回り続けたとしても、タイマ部３１が、ＰＷＭ周期Ｔよりも小さい設定時間の計時を完了するので、フリップフロップ１７をリセットする。これにより、ＰＷＭオフ期間へ遷移することで、ＰＷＭオン期間の最大時間が制限され、ＰＷＭオン期間がＰＷＭ周期の複数期間に渡って継続することがない。言い換えれば、ＰＷＭ制御における最大デューティがタイマ部３１により制限される。
【００４３】
本動作によって、第１の課題であったＰＷＭオン期間がＰＷＭ周期の複数期間に渡って継続することが防止され、電流波形の有する周波数の低周波数化を防止することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、ＯＲゲートを用いて構成しているが、信号の極性を変更することで、論理ゲートの種類を変更する事は可能である。本発明にて意図する動作は、検出電流値が電流制限値よりも大きくなった時点、もしくは、タイマ部３１が計時完了信号を出力した時点で、ＰＷＭオフ期間へ遷移することであり、このように意図する動作を行う限り、ＯＲゲートに代えて、ＮＯＲゲート、あるいはＡＮＤゲート、あるいはＮＡＮＤゲートで構成しても、本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【００４５】
同様に、本実施の形態では、フリップフロップ１７のセットおよびリセットとＰＷＭオン期間およびＰＷＭオフ期間の関係を、フリップフロップ１７のセットによってＰＷＭオン期間へ遷移、フリップフロップ１７のリセットによってＰＷＭオフ期間へ遷移となるような関係に構成しているが、その関係を入れ替えて構成することも可能であり、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【００４６】
なお、検出電流値について、より詳しく補足すれば、ＰＷＭオン期間への遷移直後には、検出電流値にオーバーシュートが存在する場合がある。オーバーシュートは、主にスイッチング部５が有する寄生容量の放電電流、例えば、トランジスタ７のドレイン−ゲート間寄生容量の電荷を放電する電流が給電電流測定部２０へ流入することにより発生する。したがって、給電電流測定部２０とコンパレータ１６が、オーバーシュートに追従すれば、巻線３の電流が実際には電流目標値を上回っていなくとも、オーバーシュートによって上回ったと誤検出される場合がある。その場合には、オーバーシュートが発生している可能性のある一定時間中は、給電電流測定部２０とコンパレータ１６による電流検出をマスクする（以降、電流検出をマスクする時間を「マスク時間」と呼ぶ。）。本実施の形態においては、フリップフロップ１７にセット優先のフリップフロップを用い、かつ、基準パルス生成部１８が出力する信号のパルス幅をマスク時間に相当するパルス幅とすることで、電流検出のマスクが行える。すなわち、基準パルス生成部１８がマスク時間に相当するパルス幅を出力している間は、コンパレータ１６がオーバーシュートによって誤検出しても、フリップフロップ１７がセット優先であるため、リセットされる事がない。また、マスク時間中に、給電電流測定部２０の出力、または、コンパレータ１６の出力を固定しても、同様の効果を得ることができる。
【００４７】
続いて、フリップフロップ１７のリセット動作について説明する。本実施の形態では、フリップフロップ１７をリセットすることにより、通電論理部１９は、トランジスタが遮断するゲート信号をトランジスタ７と８へ供給する。トランジスタ７と８の両方が遮断されることで、ＰＷＭオフ期間へ遷移し、巻線３への給電が遮断され、巻線３を流れる電流は回生動作により減少を開始する。
【００４８】
ＰＷＭオフ期間への遷移直前に、トランジスタ６と７が導通していた場合について、ＰＷＭオフ期間での電流経路を、図３（ｂ）中の電流経路４０に示す。図３（ｂ）においては、巻線３を流れる電流は、フライホイールダイオード１１とトランジスタ６とを経由して回生し、減少する。
【００４９】
なお、本実施の形態では、フライホイールダイオード１０〜１３を設けているが、トランジスタ６〜９のバックゲートとドレインで構成されるボディダイオードで代用することも可能である。また、ＰＷＭオフ期間中の巻線３を流れる電流の減少量を軽減する目的においては、フライホイールダイオード１０〜１３としてショットキバリアダイオードを用いることも可能である。
【００５０】
フリップフロップ１７のリセットによるＰＷＭオフ期間への遷移後、基準パルス生成部１８が一定周期毎にフリップフロップ１７をセットすることで、動作が繰り返される。このＰＷＭオン期間中の電流の増加とＰＷＭオフ期間中の電流の減少の繰返しによって、巻線３へ供給される平均電流が、電流目標値に漸近するように動作する。
【００５１】
以下、第２の課題であった電流リップルの増大を防止する作用について説明する。
前述の通り、従来のステッピングモータ駆動装置においては、巻線３を流れる電流の減少量は、ＰＷＭオフ期間がＰＷＭ周期Ｔである条件下で最大となり、（Ｖoff/Ｌ）×Ｔが最大減少量となる。ここで、Ｌは巻線３のインダクタンス値、ＶoffはＰＷＭオフ期間に巻線３に印加される電圧である。
【００５２】
一方、本実施の形態においては、次の条件下で、巻線３を流れる電流の減少量が最大となる。
【００５３】
条件：「１周期前のＰＷＭ制御において、タイマ部３１によるＰＷＭオフ期間への遷移と、コンパレータ１６によるＰＷＭオフ期間への遷移が同時に発生する。」
【００５４】
すなわち、タイマ部３１による計時完了信号の出力と同時に、給電電流測定部２０の検出電流値が、参照信号生成部１４から入力される電流制限値を上回ることであり、図２中の時刻Ｂに示す現象である。上記条件において、ＰＷＭオン期間が最大、かつ、巻線３を流れる電流が電流目標値となる。ＰＷＭオフ期間は、ＰＷＭ周期ＴからＰＷＭオン期間を減じた残時間で与えられるため、ＰＷＭオン期間が最大時に、ＰＷＭオフ期間は最小となる。したがって、図２中の時刻ＢにおけるＰＷＭオフ期間が最小ＰＷＭオフ期間（ここでは、最小ＰＷＭオフ期間３４として示す。）である。最小ＰＷＭオフ期間をＴoff_minと表記し、ＰＷＭ周期をＴ、タイマ部３１による計時時間兼最大ＰＷＭオン期間をＴtimerと表記するとき、最小ＰＷＭオフ期間Ｔoff_minは、次式で表現される。
【００５５】
Ｔoff_min＝（Ｔ−Ｔtimer） ・・・・・・式（１）
【００５６】
上記条件において、ＰＷＭオフ期間へ遷移した時点、すなわち図２中の時刻Ｂでは、巻線３を流れる電流は、電流目標値であり、最小ＰＷＭオフ期間３４中に減少する電流量は、再びＰＷＭオン期間へ遷移する際には、電流目標値からの差分となる。最小ＰＷＭオフ期間３４中に減少する電流量は、減少時間が最小であるため、最小の電流減少量である。この電流減少量をＩdropと表記し、巻線３のインダクタンス値をＬ、ＰＷＭオフ期間に巻線３に印加される電圧をＶoffとすると、最小ＰＷＭオフ期間３４中に減少する最小の電流減少量Ｉdropは、次式で近似される。
【００５７】
Ｉdrop＝（Ｖoff / Ｌ）×Ｔoff_min ・・・・・・式（２）
【００５８】
最小ＰＷＭオフ期間３４後のＰＷＭオン期間への遷移において、電流目標値からの差分は最小のＩdropである。したがって、ＰＷＭオン期間への遷移後に、参照信号生成部１４から入力される電流目標値を検出電流値が上回るまでの時間も最小となる。その時間が、最小のＰＷＭオン期間であり、図２中の時刻Ｃにおける最小ＰＷＭオン期間３５として示される。最小ＰＷＭオン期間をＴon_minと表記し、ＰＷＭオン期間に巻線３に印加される電圧をＶonすると、最小ＰＷＭオン期間Ｔon_minは、次式で近似される。
【００５９】
Ｔon_min＝（Ｉdrop × Ｌ）/Ｖon ・・・・・・式（３）
【００６０】
前述の通り、ＰＷＭオフ期間は、ＰＷＭ周期ＴからＰＷＭオン期間を減じた残時間で与えられるため、ＰＷＭオン期間が最小時に、ＰＷＭオフ期間は最大となる。したがって、図２中の時刻ＣにおけるＰＷＭオフ期間が最大ＰＷＭオフ期間（ここでは、最大ＰＷＭオフ期間３６として示す。）である。最大ＰＷＭオフ期間をＴoff_maxと表記するとき、最大ＰＷＭオフ期間Ｔoff_maxは、次式で表現される。
【００６１】
Ｔoff_max＝（Ｔ−Ｔon_min） ・・・・・・式（４）
【００６２】
巻線３を流れる電流の減少量は、ＰＷＭオフ期間が最大ＰＷＭオフ期間３６である条件下で最大となり、最大減少量をＩrippleと表記するとき、最大減少量Ｉrippleは、次式で近似される。
【００６３】
Ｉripple＝（Ｖoff / Ｌ）×Ｔoff_max ・・・・・・式（５）
【００６４】
式（１）〜式（５）より、最大減少量Ｉrippleは、次式で表現される。
【００６５】
Ｉripple＝[（Ｖoff/Ｌ）×Ｔ]−[（Ｔ−Ｔtimer）×Ｖoff×Ｖoff/Ｖon/Ｌ] ・・・・・・式（６）
【００６６】
ここで、従来のステッピングモータ駆動装置における電流の減少量は、[（Ｖoff/Ｌ）×Ｔ]である。したがって、従来のステッピングモータ駆動装置と比して、[（Ｔ−Ｔtimer）×Ｖoff×Ｖoff/Ｖon/Ｌ]の項で表される電流量が、電流リップルとして軽減されることになり、第２の課題であった電流リップルの増大を防止することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、ＰＷＭオフ期間においてトランジスタ７と８を遮断する、いわゆる下チョッパ動作で説明を行ったが、ＰＷＭオフ期間においてトランジスタ６と９を遮断する、いわゆる上チョッパ動作にて構成しても、本実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
【００６８】
以上の説明の通り、本実施の形態によれば、第１の課題であったＰＷＭオン期間がＰＷＭ周期の複数期間に渡って継続することが防止され、電流波形の有する周波数の低周波数化を防止することができる。また、第２の課題であった電流リップルの増大を防止することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を低騒音化および低振動化することができる。
【００６９】
つまり、本実施の形態によれば、図５に示されるような理想的なステッピングモータ駆動装置の動作に近い動作が行われ、電流波形の有する周波数の低周波数化が防止されるとともに、電流リップルの増大が防止される。ここで、理想的なステッピングモータ駆動装置とは、図５（ｅ）に示される巻線電流の波形のように、ＰＷＭ周期Ｔの期間内に必ず一定のデューティでＰＷＭオン期間とＰＷＭオフ期間（例えば、ＰＷＭ周期Ｔの８０％がＰＷＭオン期間で、残る２０％がＰＷＭオフ期間）が繰り返される動作をする装置である。
【００７０】
なお、本実施の形態では、図３（ｂ）にＰＷＭオフ期間での電流経路４０が示されたが、ＰＷＭオフ期間での電流経路としては、このような経路に限られない。たとえば、図６（ａ）に示される電流経路４０のように、ＰＷＭオフ期間中に、巻線３を流れる電流の減少量を軽減して、巻線３を流れる電流のリップルを軽減する目的で、トランジスタ６と９の両方を導通させることも可能である。このとき、フライホイールダイオード１１による電力消費が、トランジスタ９のオン抵抗による電力消費へと置き換わり、減少することで、ＰＷＭオフ期間中の巻線３を流れる電流の減少量が軽減される。図６（ａ）においては、巻線３を流れる電流は、トランジスタ６と９とを経由して回生し、減少する。さらに、図６（ｂ）に示される電流経路４０のように、ＰＷＭオフ期間中に、巻線３を流れる電流を速やかに減少させる目的で、トランジスタ６と９の両方を遮断することも可能である。図６（ｂ）においては、巻線３を流れる電流は、フライホイールダイオード１０と１１とを経由して回生し、減少する。
【００７１】
また、本実施の形態では、給電電流測定部２０は、図４に示される構成を備えたが、給電電流測定部としては、このような回路に限られない。例えば、図７（ａ）に示される給電電流測定部２０ａのように、センスアンプ４２をもたない簡易な回路であってもよい。この給電電流測定部２０ａでは、検出抵抗４１における電圧降下によって巻線電流が検出される。また、図７（ｂ）に示される給電電流測定部２０ｂのように、ゲート印加電圧４６を与えたときのＭＯＳトランジスタ４５のオン抵抗を用いて、図４における検出抵抗４１と同様の作用を得ることも可能である。もちろん、図７（ｂ）に示すように、ゲート印加電圧４６を与えたときのＭＯＳトランジスタ４５のオン抵抗を用いた上で、図７（ａ）に示される給電電流測定部２０ａのように、センスアンプ４２を省いて構成することも可能である。
【００７２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７３】
本発明の第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置と比べて、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、参照信号によって表される電流制限値の最大値（以降、電流制限値の最大値を「電流目標値の最大値」と呼ぶ。）に対応してメモリ部より選択される点で異なる。以下、図８〜図１０を参照しながら、主に第１の実施の形態との違いを説明し、第１の実施の形態と同一の動作については、説明を省略する。
【００７４】
図８は、本発明の第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。このステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４ａ、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０、タイマ部３１、最大値指示部５０及びメモリ部５１から構成される。この構成は、図１に示された第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成において、参照信号生成部１４を参照信号生成部１４ａに置き換え、さらに、最大値指示部５０とメモリ部５１とを付加したものに相当する。
【００７５】
最大値指示部５０は、電流目標値の最大値を参照信号生成部１４ａ及びメモリ部５１へ指示する処理部であり、図９に示されるように、シリアルインターフェース５２と最大値設定ＤＡＣ５３とから構成される。シリアルインターフェース５２は、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令によって、参照信号生成部１４ａが生成する電流目標値の最大値を指定するコードを最大値設定ＤＡＣ５３へ出力する。最大値設定ＤＡＣ５３は、シリアルインターフェース５２の指定する電流目標値の最大値を、参照信号生成部１４ａ及びメモリ部５１へ出力する。
【００７６】
メモリ部５１は、図１０に示されるように、電流目標値の最大値とタイマ部３１にプリセットしておく時間であるタイマ設定値とを対応づけたテーブルを記憶するメモリ等である。このメモリ部５１は、最大値指示部５０が出力する電流目標値の最大値に対応して、巻線３に電流目標値の最大値の電流を流すために必要なデューティ、すなわちＰＷＭオン期間の制限時間（「タイマ設定値」）をテーブルとして保持し、最大値指示部５０からの電流目標値の最大値、もしくは、電流目標値の最大値を指定するコードを受け取ると、その値、もしくは、コードに対応するタイマ設定値をタイマ部３１へ出力する。なお、メモリ部５１が保持するテーブルは、例えば、図１０に示されるように、電流目標値の最大値が大きい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値の最大値が小さい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定できるように作成されている。
【００７７】
参照信号生成部１４ａは、最大値指示部５０（最大値設定ＤＡＣ５３）から出力される電流目標値の最大値をピーク値とする正弦波をサンプリングした階段波、あるいは、その階段波を平滑化した電圧を、電流制限値を表す参照信号としてコンパレータ１６へ出力する。
【００７８】
以上のように構成された第２の実施の形態の特徴は次の通りである。つまり、前述の通り、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置においては、[（Ｔ−Ｔtimer）×Ｖoff×Ｖoff/Ｖon/Ｌ]の項で表される電流量が電流リップルとして軽減される。したがって、タイマ部３１による計時時間Ｔtimerを、より短くすること、すなわち、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定することにより、より大きな電流リップルの軽減効果を得ることができる。しかしながら、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定することは、巻線３に流せる最大電流を制限することであり、電流目標値を巻線３に流すために必要なデューティ以下には、最大デューティを設定することはできない。このため、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合には、その中でも最大の電流値を流すために必要となるデューティに合わせて、タイマ部３１による計時時間Ｔtimerを設定する必要があり、より低い電流値に対しては最適な設定が行えず、最大限の電流リップルの軽減効果を得ることができない。本実施の形態は、電流目標値の複数の最大値に対して、最適な設定を行う目的を果たすものである。
【００７９】
以下、本実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。
まず、最大値指示部５０と参照信号生成部１４ａとが生成する電流目標値について説明する。最大値指示部５０は、シリアルインターフェース５２の指定する電流目標値の最大値を参照信号生成部１４ａへ出力する。参照信号生成部１４ａは、最大値設定ＤＡＣ５３が出力する電流目標値の最大値をピーク値とする正弦波をサンプリングした階段波を生成する。そして、階段状のレベル変化による急峻な電流変化を回避するため、ローパスフィルタ等の積分器により階段波を平滑化した正弦波を、電流制限値を表す参照信号としてコンパレータ１６へ出力する。なお、必ずしも正弦波をサンプリングした階段波である必要ではなく、実装面積の観点から、近似正弦波をサンプリングした階段波、あるいは正弦波から逸脱した階段波を用いることも可能である。また、階段状のレベル変化による急峻な電流変化が許容可能な場合には、平滑化していない階段波を、コンパレータ１６へ出力することも可能である。また、本実施の形態では、最大値指示部５０を、シリアルインターフェース５２と最大値設定ＤＡＣ５３とから構成したが、生成する電流目標値の最大値を指定するコードを、シリアルインターフェース５２から、参照信号生成部１４ａへ直接出力する構成とすることも可能であり、その場合であっても本実施の形態の効果を得ることが可能である。さらに、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令の手段として、シリアルインターフェースで構成したが、その他のインターフェースを用いて構成しても、本実施の形態の効果を得ることが可能である。同じく、指定される電流目標値の最大値を出力する手段として、ＤＡＣで構成したが、その他の要素を用いて構成しても、インターフェースから指定される最大値を出力できる要素であれば、本実施の形態の効果を得ることが可能である。
【００８０】
次いで、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間について説明する。メモリ部５１は、最大値指示部５０から出力された電流目標値の最大値に対応するＰＷＭオン期間の制限時間をタイマ部３１へ出力する。このことにより、電流目標値の最大値が大きい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値の最大値が小さい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、最適化することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態ではメモリ部５１を、電流目標値の最大値とＰＷＭオン期間の制限時間を対応させたテーブルとして構成したが、電流目標値の最大値を入力として、ＰＷＭオン期間の制限時間を出力する計算式を保持し、演算させることも可能であり、その場合であっても本実施の形態の効果を得ることが可能である。ここでいう計算式とは、例えば、電源電圧をＶ、ＰＷＭオン期間時の経路抵抗をＲ、入力する電流目標値の最大値をＩmax、出力するＰＷＭオン期間の制限時間をＴon、ＰＷＭ周期をＴ、ばらつきに対するマージン係数をαとしたときに、[Ｔon＝α × Ｉmax × Ｔ × Ｒ / Ｖ]で示されるような計算式である。もちろん、上式に限定されるものではなく、入力された電流目標値の最大値に対して、巻線３へ電流目標値の最大値を流すことが可能なＰＷＭオン期間の制限時間を出力する計算式であれば、本発明の効果を得ることが可能である。
【００８２】
タイマ部３１は、メモリ部５１から入力されるＰＷＭオン期間の制限時間を計時することで、計時完了信号を出力し、計時完了信号の出力時点で、ＰＷＭオフ期間へ未遷移であれば、ＰＷＭオフ期間への遷移を行う。
【００８３】
以上の動作によって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態における効果に加えて、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合においても、電流目標値の複数の最大値に対して、電流リップルの増大を防止する効果を最適化することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を、より低騒音化および低振動化することができる。
【００８４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００８５】
本発明の第３の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置と比べて、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令によって、詳細に、かつ、任意に指定される点で異なる。以下、図１１を参照しながら、主に第１の実施の形態との違いを説明し、第１の実施の形態と同一の動作については、説明を省略する。
【００８６】
図１１は、本発明の第３の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。このステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０、タイマ部３１及び計時時間指示部５５から構成される。この構成は、図１に示された第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成に計時時間指示部５５を付加したものに相当する。
【００８７】
計時時間指示部５５は、タイマ部３１の設定値（ＰＷＭ周期よりも短い時間を示すタイマ設定値）について、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令を取得し、その指令に対応するタイマ設定値をタイマ部３１に出力（指示）して設定するシリアルインターフェース等である。
【００８８】
以上のように構成された第３の実施の形態の特徴は次の通りである。つまり、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置においては、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合には、その中でも最大の電流値を流すために必要となるデューティに合わせて、タイマ部３１による計時時間Ｔtimerを設定する必要があり、より低い電流値に対しては最適な設定が行えず、最大限の電流リップルの軽減効果を得ることができない。本実施の形態は、電流目標値の複数の最大値に対して、最適な設定を行う目的を果たすものである。
【００８９】
以下、本実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。ここでは、計時時間指示部５５が出力する計時時間について説明する。計時時間指示部５５は、タイマ部３１へ、計時完了信号を出力するまでの計時時間（タイマ設定値）を出力する。電流目標値の最大値が大きい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを大きくする計時時間、電流目標値の最大値が小さい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを小さくする計時時間が、マイコンにおける演算結果、あるいはユーザによる設定として、計時時間指示部５５から入力されることで、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、詳細に任意に指定される。これにより、第２の実施の形態と同様に、電流目標値の各最大値に対して、電流リップルの軽減効果を細かく最適化することができる。
【００９０】
なお、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令の手段として、シリアルインターフェースで構成したが、その他のインターフェースを用いて構成しても、本実施の形態の効果を得ることが可能である。
【００９１】
以上の動作によって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態における効果に加えて、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合においても、電流目標値の複数の最大値に対して、電流リップルの増大を防止する効果を細かく最適化することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を、より低騒音化および低振動化することができる。
【００９２】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００９３】
本発明の第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置と比べて、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、ステッピングモータの駆動ステップに対応してメモリ部より選択される点で異なる。以下、図１２〜図１５を参照しながら、主に第１の実施の形態との違いを説明し、第１の実施の形態と同一の動作については、説明を省略する。
【００９４】
図１２は、本発明の第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。このステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４ｂ、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０、タイマ部３１、ステップ制御部５６及びメモリ部５１ａから構成される。この構成は、図１に示された第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成において、参照信号生成部１４を参照信号生成部１４ｂに置き換え、さらに、ステップ制御部５６とメモリ部５１ａとを付加したものに相当する。
【００９５】
ステップ制御部５６は、一定の時間間隔で、電流目標値の１周期における各時間位置（例えば、１周期を６４分割した各位置：駆動ステップ値）を示す駆動ステップ信号を参照信号生成部１４ｂ及びメモリ部５１ａに出力する回路であり、図１３のステップ制御部５６に示されるように、分周回路５７と駆動ステップカウント部５９とから構成される。ステップ制御部５６へは、電流目標値のステップの進行を指示するＣＬＫが入力される（ステップ制御部５６へ入力されるＣＬＫを単に「入力ＣＬＫ」と呼ぶ）。この入力ＣＬＫは、分周回路５７に入力される。通常、入力ＣＬＫは、電流目標値のステップが進行する周期より高速であるため、電流目標値のステップが進行する周期そのものとするために、分周回路５７は、入力ＣＬＫを分周することにより、駆動ＣＬＫ５８を出力する。なお、ステップ制御部５６へ与えられる入力ＣＬＫが、電流目標値のステップが進行する周期そのものである場合には、分周回路５７は不要であり、入力ＣＬＫが、そのまま駆動ＣＬＫ５８となる。その場合であっても、本発明の効果を得ることができる。駆動ＣＬＫ５８は、駆動ステップカウント部５９へ入力される。駆動ステップカウント部５９は、駆動ＣＬＫ５８の入力毎に、駆動ステップを進めて、駆動ステップ値を表す信号として、ステップ信号６０を参照信号生成部１４ｂ及びメモリ部５１ａへ出力する。
【００９６】
参照信号生成部１４ｂは、ステップ制御部５６から出力されるステップ信号６０に対応した電流目標値を出力する回路であり、図１３の参照信号生成部１４ｂに示されるように、電流目標値対応テーブル６１と目標値設定ＤＡＣ６３と積分器６５とから構成される。
【００９７】
参照信号生成部１４ｂへ入力されたステップ信号６０は、駆動ステップ値を表す信号として、電流目標値対応テーブル６１へ入力される。電流目標値対応テーブル６１は、各駆動ステップ値に対応する電流目標値を保持している。一例として、図１４に保持する電流目標値を示す。図１４に示される例では、電流目標値対応テーブル６１は、正弦波状の電流目標値をサンプリングした値を各駆動ステップ値に対応した電流目標値として保持している。より正確には、各駆動ステップ値に対応した電流目標値を後段の回路で生成するためのコードを保持している。一例としては、電流目標値のデジタル値であり、一例としては、後段の回路で生成される複数の電流目標値から各駆動ステップ値に対応する電流目標値を選択する指令である。なお、電流目標値対応テーブル６１が保持する電流目標値は、図１４の値に限定するものではなく、正弦波から逸脱しても、方形波であっても、駆動ステップ値に対応して電流目標値が定まれば、本発明の効果を得ることができる。また、図１４では、電流目標値をピーク電流値に対するパーセントで保持しているが、電流目標値そのものを保持しても、本発明の効果を得ることができる。
【００９８】
電流目標値対応テーブル６１は、入力されたステップ信号６０に対応する電流目標値を指定するための指定コード６２を目標値設定ＤＡＣ６３へ出力する。指定コード６２は、一例としては、ステップ信号６０に対応する電流目標値のデジタル値である。この場合、目標値設定ＤＡＣ６３は、電流目標値のデジタル値である指定コード６２をＤＡ変換した信号を、電流目標値の階段波６４として出力する。指定コード６２は、一例としては、後段の回路で生成される複数の電流目標値から、各駆動ステップ値に対応する電流目標値を選択する指令である。この場合、目標値設定ＤＡＣ６３は、各駆動ステップに対応する複数の電流目標値を生成し、その中から指定コード６２が指定する電流目標値を電流目標値の階段波６４として出力する。目標値設定ＤＡＣ６３への入力は、離散的であるため、目標値設定ＤＡＣ６３の出力は階段波となる。電流目標値の階段波６４は、階段状のレベル変化による急峻な電流変化を回避するため、ローパスフィルタ等で構成される積分器６５へ出力される。そして、積分器６５は階段波を平滑化した正弦波状の参照信号６６を電流目標値として出力する。なお、階段状のレベル変化による急峻な電流変化が許容可能な場合には、電流目標値の階段波６４を参照信号６６として用いても良い。この場合には、積分器６５は不要である。
【００９９】
メモリ部５１ａは、図１５に示されるように、ステップ制御部５６から指示されるステップ信号６０が示す駆動ステップ値（ここでは、０〜６３の整数値）とタイマ設定値（ＰＷＭ周期よりも短い時間を示すタイマ設定値）とを対応づけたテーブルを記憶するメモリ等である。このメモリ部５１ａは、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値毎に、対応する電流目標値を巻線３に流すために必要なデューティ、すなわちＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ部３１に設定するタイマ設定値）をテーブルとして保持し、ステップ信号６０が入力されると、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値毎に、対応するＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を、タイマ部３１へ出力する。
【０１００】
以上のように構成された第４の実施の形態の特徴は次の通りである。つまり、前述の通り、第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置においては、[（Ｔ−Ｔtimer）×Ｖoff×Ｖoff/Ｖon/Ｌ]の項で表される電流量が、電流リップルとして軽減される。したがって、タイマ部３１による計時時間Ｔtimerを、より短くすること、すなわち、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定することにより、より大きな電流リップルの軽減効果を得ることができる。しかしながら、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定することは、巻線３の最大電流を制限することであり、電流目標値の最大値を巻線３に流すために必要なデューティ以下には、最大デューティを設定することはできない。電流目標値は正弦波状の信号であり、電流目標値が低い駆動ステップがあるにも関わらず、上記理由から、正弦波のピークに対応する電流目標値を流すために必要となるデューティに合わせて、タイマ部３１による計時時間Ｔtimerを設定する必要があり、電流目標値が低い駆動ステップに対しては、最適な設定が行えず、最大限の電流リップルの軽減効果を得ることができない。本実施の形態は、正弦波のピークに対応する駆動ステップ以外の各駆動ステップに対して最適な設定を行う目的を果たすものである。
【０１０１】
以下、本実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。
まず、ステップ制御部５６と参照信号生成部１４ｂの動作について説明する。ステップ制御部５６は、目標電流値を変化させるタイミングを示す信号（ステップ信号６０）を参照信号生成部１４ｂへ出力する。参照信号生成部１４ｂは、そのタイミングに同期して、例えば、図１４に示される階段波を滑らかにした正弦波を参照信号６６としてコンパレータ１６に出力する。
【０１０２】
次いで、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間について説明する。メモリ部５１ａは、ステップ制御部５６からステップ信号６０が入力されると、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値毎に、対応するＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）をタイマ部３１へ出力する。このことにより、電流目標値が大きい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値が小さい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、最適化することができる。なお、各駆動ステップ値に対して、別々のＰＷＭオン期間の制限時間を保持するのではなく、複数の駆動ステップ値において、同一のＰＷＭオン期間の制限時間を保持することも可能である。
【０１０３】
タイマ部３１は、メモリ部５１ａから入力されるＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を計時することで、計時完了信号を出力し、計時完了信号の出力時点で、ＰＷＭオフ期間へ未遷移であれば、ＰＷＭオフ期間への遷移を行う。
【０１０４】
以上の動作によって、本実施の形態によれば、第１の実施の形態における効果に加えて、電流目標値が低い駆動ステップに対しても、電流リップルの増大を防止する効果を最適化することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を、より低騒音化および低振動化することができる。
【０１０５】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１０６】
本発明の第５の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置と比べて、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、ステッピングモータの駆動ステップと、電流目標値の最大値とに対応してメモリ部より選択される点で異なる。以下、図１６〜図１８を参照しながら、主に第１および第４の実施の形態との違いを説明し、第１および第４の実施の形態と同一の動作については、説明を省略する。
【０１０７】
図１６は、本発明の第５の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。このステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４ｃ、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０、タイマ部３１、ステップ制御部５６、最大値指示部５０及びメモリ部５１ｂから構成される。この構成は、図１２に示された第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成において、参照信号生成部１４ｂを参照信号生成部１４ｃに置き換え、メモリ部５１ａをメモリ部５１ｂに置き換え、さらに、最大値指示部５０を付加したものに相当する。
【０１０８】
参照信号生成部１４ｃは、ステップ制御部５６から出力されるステップ信号６０及び最大値指示部５０から出力される目標電流値の最大値に対応した電流目標値を出力する回路であり、図１７の参照信号生成部１４ｃに示されるように、電流目標値対応テーブル６１と目標値設定ＤＡＣ６３ａと積分器６５とから構成される。電流目標値対応テーブル６１は、第４の実施の形態におけるものと同一であり、ステップ制御部５６から出力されたステップ信号６０に対応する電流目標値を指定するための指定コード６２を目標値設定ＤＡＣ６３ａへ出力する。指定コード６２は、一例としては、ステップ信号６０に対応する電流目標値のピーク電流値に対する割合のデジタル値である。この場合、目標値設定ＤＡＣ６３ａは、指定コード６２が示す電流目標値のピーク電流値に対する割合と、最大値指示部５０から出力される電流目標値の最大値との積を電流目標値の階段波６４として出力する。すなわち、入力された電流目標値の最大値を、ピーク電流値としたＤＡ変換後の信号を出力する。指定コード６２は、一例としては、後段の回路で生成される複数の電流目標値から、各駆動ステップ値に対応する電流目標値を選択する指令である。この場合、目標値設定ＤＡＣ６３ａは、入力された電流目標値の最大値をピーク電流値とした、各駆動ステップに対応する複数の電流目標値を生成し、その中から指定コード６２が指定する電流目標値を電流目標値の階段波６４として出力する。目標値設定ＤＡＣ６３ａへの入力は、離散的であるため、目標値設定ＤＡＣ６３ａの出力は階段波となる。電流目標値の階段波６４は、階段状のレベル変化による急峻な電流変化を回避するため、ローパスフィルタ等で構成される積分器６５へ出力される。そして、積分器６５は階段波を平滑化した正弦波状の参照信号６６を電流目標値として出力する。なお、階段状のレベル変化による急峻な電流変化が許容可能な場合には、電流目標値の階段波６４を参照信号６６として用いても良い。この場合には、積分器６５は不要である。
【０１０９】
メモリ部５１ｂは、図１８に示されるように、ステップ制御部５６から指示されるステップ信号６０が示す駆動ステップ値（ここでは、０〜６３の整数値）とタイマ設定値（ＰＷＭ周期よりも短い時間を示すタイマ設定値）とを対応づけたテーブルを、複数の電流目標値の最大値ごとに記憶するメモリ等である。つまり、メモリ部５１ｂは、最大値指示部５０が指定する電流目標値の最大値と、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値との組合せ毎に、対応する電流目標値を巻線３に流すために必要なデューティ、すなわちＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を、テーブルとして保持する。
【０１１０】
最大値指示部５０は、第２の実施の形態におけるものと同一であり、電流目標値の最大値を参照信号生成部１４ｃ及びメモリ部５１ｂへ指示する処理部である。
【０１１１】
以上のように構成された第５の実施の形態の特徴は次の通りである。つまり、前述の通り、第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置においては、電流目標値が低い駆動ステップに対しても、電流リップルの増大を防止する効果を最適化することができる。しかしながら、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合、すなわち、正弦波状の電流目標値のピーク電流値を何種類か切り替えるような場合には、最大のピーク電流値を有する正弦波状の電流目標値を前提として、各駆動ステップに対応するＰＷＭオン期間の制限時間を設定する必要があり、より低いピーク電流値を有する正弦波状の電流目標値に対しては、最適な設定が行えず、最大限の電流リップルの軽減効果を得ることができない。本実施の形態は、異なるピーク電流値を有する複数の電流目標値に対して、最適な設定を行う目的を果たすものである。
【０１１２】
以下、本実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。
まず、最大値指示部５０とステップ制御部５６と参照信号生成部１４ｃとが生成する電流目標値について説明する。第２の実施の形態において既に説明した通り、最大値設定ＤＡＣ５３は、シリアルインターフェース５２の指定する電流目標値の最大値を参照信号生成部１４ｃへ出力する。また、第４の実施の形態において既に説明した通り、ステップ制御部５６は、駆動ステップ値を表す信号として、ステップ信号６０を参照信号生成部１４ｃへ出力する。
【０１１３】
参照信号生成部１４ｃでは、電流目標値対応テーブル６１は、ステップ制御部５６から出力されたステップ信号６０に対応する電流目標値を指定するための指定コード６２を目標値設定ＤＡＣ６３ａへ出力する。目標値設定ＤＡＣ６３ａは、指定コード６２が示す電流目標値のピーク電流値に対する割合と、最大値指示部５０から出力される電流目標値の最大値との積を電流目標値の階段波６４として出力する。つまり、目標値設定ＤＡＣ６３ａは、入力された電流目標値の最大値をピーク電流値とした、各駆動ステップに対応する複数の電流目標値を生成し、その中から指定コード６２が指定する電流目標値を電流目標値の階段波６４として出力する。目標値設定ＤＡＣ６３ａから出力された電流目標値の階段波６４は、ローパスフィルタ等で構成される積分器６５へ出力される。そして、積分器６５は階段波６４を平滑化した正弦波状の参照信号６６を電流目標値として出力する。
【０１１４】
次いで、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間について説明する。メモリ部５１ｂは、ステップ制御部５６からステップ信号６０と、最大値指示部５０から電流目標値の最大値、もしくは、電流目標値の最大値を指定するコードとが入力され、最大値指示部５０が指定する電流目標値の最大値と、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値との組合せ毎に、対応するＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を、タイマ部３１へ出力する。
【０１１５】
このことにより、電流目標値の最大値が大きい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値の最大値が小さい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、かつ、電流目標値が大きい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値が小さい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、最適化することができる。
【０１１６】
なお、同一正弦波の各駆動ステップ値に対して、別々のＰＷＭオン期間の制限時間を保持するのではなく、複数の駆動ステップ値において、同一のＰＷＭオン期間の制限時間を保持することも可能である。また、本実施の形態ではメモリ部５１ｂを、最大値指示部５０が指定する電流目標値の最大値と、ステップ信号６０が示す駆動ステップ値との組合せとＰＷＭオン期間の制限時間を対応させたテーブルとして構成したが、各駆動ステップについて、電流目標値の最大値を入力として、ＰＷＭオン期間の制限時間を出力する計算式を保持し、演算させることも可能であり、その場合であっても本実施の形態の効果を得ることが可能である。ここでいう計算式とは、例えば、電源電圧をＶ、ＰＷＭオン期間時の経路抵抗をＲ、入力する電流目標値の最大値をＩmax、出力するＰＷＭオン期間の制限時間をＴon、ＰＷＭ周期をＴ、ばらつきに対するマージン係数をα、各駆動ステップｎにおける電流目標値のピーク電流値に対する割合をβn としたときに、[Ｔon＝βn × α ×Ｉmax × Ｔ × Ｒ / Ｖ]で示されるような計算式である。もちろん、上式に限定されるものではなく、入力された電流目標値の最大値に対して、巻線３へ電流目標値の最大値を流すことが可能なＰＷＭオン期間の制限時間を出力する計算式であれば、本発明の効果を得ることが可能である。
【０１１７】
タイマ部３１は、メモリ部５１ｂから入力されるＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を計時することで、計時完了信号を出力し、計時完了信号の出力時点で、ＰＷＭオフ期間への遷移が未遷移であれば、ＰＷＭオフ期間への遷移を行う。
【０１１８】
以上の動作によって、本実施の形態によれば、第４の実施の形態における効果に加えて、異なるピーク電流値を有する複数の電流目標値に対して、電流リップルの増大を防止する効果を最適化することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を、より低騒音化および低振動化することができる。
【０１１９】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１２０】
本発明の第６の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置は、第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置と比べて、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間が、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令によって、電流目標値の最大値に応じて駆動ステップ毎に、詳細に任意に指定される点で異なる。以下、図１９を参照しながら、主に第１および第４の実施の形態との違いを説明し、第１および第４の実施の形態と同一の動作については、説明を省略する。
【０１２１】
図１９は、本発明の第６の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。このステッピングモータ駆動装置は、電源１、制御対象であるステッピングモータ２（巻線３、回転子４）、巻線３への給電を制御するスイッチング部５（巻線３への給電経路となるトランジスタ６〜９、フライホイールダイオード１０〜１３）、電流制限値を表す参照信号を生成する参照信号生成部１４ｂ、パルス幅変調制御部１５ａ、給電電流測定部２０、タイマ部３１、ステップ制御部５６、メモリ部５１ａ及び計時時間指示部５５から構成される。この構成は、図１２に示された第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成において、計時時間指示部５５を付加したものに相当する。
【０１２２】
計時時間指示部５５は、マイコンによる制御あるいはユーザによる指令によって、ステップ制御部５６から出力されるステップ信号が示す時間位置とタイマ部３１にセットしておく時間であるタイマ設定値との組（複数組）をメモリ部５１ａに出力（指示）して設定するシリアルインターフェース等である。この計時時間指示部５５は、目標電流値の最大値が変わった場合に、その最大値に対応する新たなタイマ設定値一式（例えば、６４個のタイマ設定値）をメモリ部５１ａに指示することによって、メモリ部５１ａの内容を更新する。
【０１２３】
メモリ部５１ａは、第４の実施の形態におけるものと同一であり、計時時間指示部５５から指示された時間位置とタイマ設定値との組をテーブルとして保持するとともに、ステップ制御部５６から出力されたステップ信号を受けると、そのステップ信号が示す時間位置に対応するタイマ設定値をテーブルから読み出してタイマ部３１に出力するＲＡＭ等である。このメモリ部５１ａは、計時時間指示部５５から新たなタイマ設定値一式（例えば、６４個のタイマ設定値）の指示を受け取ると、テーブルの内容を更新する。
【０１２４】
以上のように構成された第６の実施の形態の特徴は次の通りである。第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置においては、電流目標値の最大値を何種類か切り替えるような場合、すなわち、正弦波状の電流目標値のピーク電流値を何種類か切り替えるような場合には、最大のピーク電流値を有する正弦波状の電流目標値を前提として、各駆動ステップに対応するＰＷＭオン期間の制限時間を設定する必要があり、より低いピーク電流値を有する正弦波状の電流目標値に対しては、最適な設定が行えず、最大限の電流リップルの軽減効果を得ることができない。本実施の形態は、異なるピーク電流値を有する複数の電流目標値に対して、最適な設定を行う目的を果たすものである。
【０１２５】
以下、本実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の動作について説明する。ここでは、タイマ部３１が計時完了信号を出力するまでの計時時間について説明する。メモリ部５１ａは、予め計時時間指示部５５から指示された時間位置とタイマ設定値との組、つまり、目標電流値（の最大値）に対応するタイマ設定値一式をテーブルとして保持しており、ステップ制御部５６からステップ信号６０が入力されると、そのステップ信号６０が示す駆動ステップ値に対応するＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を、タイマ部３１へ出力する。
【０１２６】
このことにより、電流目標値の最大値が大きい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値の最大値が小さい場合にはＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、かつ、電流目標値が大きい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを大きく、電流目標値が小さい駆動ステップにおいては、ＰＷＭ制御における最大デューティを小さく設定し、最適化することができる。
【０１２７】
タイマ部３１は、メモリ部５１ａから入力されるＰＷＭオン期間の制限時間（タイマ設定値）を計時することで、計時完了信号を出力し、計時完了信号の出力時点で、ＰＷＭオフ期間への遷移が未遷移であれば、ＰＷＭオフ期間への遷移を行う。
【０１２８】
以上の動作によって、本実施の形態によれば、第４の実施の形態における効果に加えて、異なるピーク電流値を有する複数の電流目標値に対して、電流リップルの増大を防止する効果を最適化することができる。このことより、本実施の形態によって、ステッピングモータ駆動装置を、より低騒音化および低振動化することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、パルス幅変調制御によってステッピングモータを駆動する装置として、特に、電流リップルの増大と電流周波数の低周波数化を防止し、振動と騒音を低減するステッピングモータ駆動装置・制御装置・制御プログラム等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の電流経路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における給電電流測定部の一例を示す図である。
【図５】理想的なステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。
【図６】電流経路の他の例を示す図である。
【図７】給電電流測定部の他の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における最大値指示部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態におけるメモリ部が保持するテーブル例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態におけるステップ制御部と参照信号生成部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における電流目標値の一例を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態におけるメモリ部が保持するテーブル例を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態におけるステップ制御部と参照信号生成部と最大値指示部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態におけるメモリ部が保持するテーブル例を示す図である。
【図１９】本発明の第６の実施の形態におけるステッピングモータ駆動装置の構成例を示すブロック図である。
【図２０】従来のステッピングモータ駆動装置の構成図である。
【図２１】従来のステッピングモータ駆動装置の電流波形図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１          電源
２          ステッピングモータ
３          巻線
４          回転子
５          スイッチング部
６〜９      トランジスタ
１０〜１３  フライホイールダイオード
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ        参照信号生成部
１５ａ        パルス幅変調制御部
１６        コンパレータ
１７        フリップフロップ
１８        基準パルス生成部
１９        通電論理部
２０、２０ａ、２０ｂ        給電電流測定部
３０        ＯＲゲート
３１        タイマ部
４１        検出抵抗
４２        センスアンプ
４３、４４  ゲイン設定抵抗
４５        ＭＯＳトランジスタ
４６        ゲート印加電圧
５０        最大値指示部
５１、５１ａ、５１ｂ        メモリ部
５２        シリアルインターフェース
５３        最大値設定ＤＡＣ
５５        計時時間指示部
５６        ステップ制御部
５７        分周回路
５９        駆動ステップカウント部
６１        電流目標値対応テーブル
６３、６３ａ        目標値設定ＤＡＣ
６５        積分器
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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