(57)【要約】【課題】  モータコイルに流れる電流波形の急峻な変化をなくすことで、振動による騒音を抑えたブラシレスＤＣモータの駆動回路を提供する。【解決手段】  速度検出器が出力するＦＧ信号を進相させた進相信号から生成した第１の三角波信号と、基準クロックから生成した第２の三角波信号の電位レベルを比較器により比較してＰＷＭ信号を生成させる。モータ駆動信号の立上りと立下りをこのＰＷＭ信号に置き換えることにより、モータコイルを駆動する電流変化を緩やかにする。【選択図】  図１
2012130172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスＤＣモータから出力される各相毎の位置検出信号に基づいて、駆動信号を出力するブラシレスＤＣモータ駆動方法において、
前記ブラシレスＤＣモータの回転速度に比例した周波数のＦＧ信号の位相を進相させた進相信号と同位相の第１の三角波信号を生成すると共に、基準クロックと同位相の前記第１の三角波信号より周波数が高い第２の三角波信号を生成し、前記第１の三角波信号と前記第２の三角波信号の電位レベルを比較してＰＷＭ信号と該ＰＷＭ信号の反転信号を生成し、前記進相信号に基づいて前記駆動信号の立上りをデューティ比が増加する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号に、前記駆動信号の立下りをデューティ比が減少する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号とすることを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動方法。
【請求項２】
ブラシレスＤＣモータから出力される各相毎の位置検出信号に基づいて、駆動信号を出力するブラシレスＤＣモータ駆動回路において、
前記ブラシレスＤＣモータの回転速度に比例した周波数のＦＧ信号の位相を進ませる進相信号を出力する進相回路と、
前記進相信号と同位相の第１の三角波信号を生成する第１の三角波生成回路と、
基準クロックと同位相の前記第１の三角波信号より周波数が高い第２の三角波信号を生成する第２の三角波生成回路と、
前記第１の三角波信号と前記第２の三角波信号の電位レベルを比較してＰＷＭ信号を発生する比較器と、
前記ＰＷＭ信号の反転信号を生成する反転回路と、により構成される進角／通電角制御回路と、
前記進相信号に基づいて前記駆動信号の立上りをデューティ比が増加する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号に、前記駆動信号の立下りをデューティ比が減少する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号とする相信号生成回路と、を備えたことを特徴とするブラシレスＤＣモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動方法及びその駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ブラシレスＤＣモータの制御方法は、コストと性能とのバランスを考慮して１２０度通電制御方式が主流となっている。図３にこの制御方式の回路構成を示す。同図を参照しながら、従来のブラシレスＤＣモータ駆動回路を以下に説明する。
【０００３】
三相ブラシレスＤＣモータは、三相モータコイルを巻装した固定子８０と、上記固定子８０と対向して回転自在に支持されるマグネットロータ８１とにより構成される。このモータを駆動するための駆動回路は、上記マグネットロータ８１の位置を検出するホール素子１〜３と、上記ホール素子１〜３からの位置検出信号を入力して増幅するホールアンプ１０と、上記ホールアンプ１０により増幅されたロータ位置信号Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´を入力して、互いに電気角１２０度の位相差となる三相信号であって、ドライバ部７０の上アーム（高圧側トランジスタ）を駆動するための信号ＵＨ´、ＶＨ´、ＷＨ´と、ドライバ部７０の下アーム（低圧側のトランジスタ）を駆動するための信号ＵＬ´、ＶＬ´、ＷＬ´を発生させる相信号生成回路５０Ａと、上記の三相信号ＵＨ´、ＶＨ´、ＷＨ´、ＵＬ´、ＶＬ´、ＷＬ´の出力制御をおこなう出力制御／ゲートドライブ回路６０とにより構成される。
【０００４】
ここで、１２０度通電制御方式とは、上記回路構成において、マグネットロータ８１を駆動する三相信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の内の１相の上アーム（ドライバ部７０の高圧側スイッチ素子）と他の２相で一方の下アーム（ドライバ部７０の低圧側スイッチ素子）を電気角１２０度毎に切り替えて制御をおこなうものである。
【０００５】
また、速度検出器２０は、モータの回転数に比例した信号ＦＧを発生するものであり、ロータ位置信号Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´の立上りに同期してパルスを出力する。三相ブラシレスＤＣモータは、電気角３６０度毎に３つのパルスを出力する。
【０００６】
図４は図３の三相ブラシレスＤＣモータ駆動回路の各部の信号波形を示すタイムチャートである。ロータ位置信号Ｈ１´、Ｈ２´、Ｈ３´を相信号生成回路５０Ａにおいてデコードすることにより、ドライブ部７０の上アームの駆動信号（ＵＨ´、ＶＨ´、ＷＨ´）と下アーム部の駆動信号（ＵＬ´、ＶＬ´、ＷＬ´）を生成している。ＩＵ、ＩＶ、ＩＷはマグネットロータ８１のコイルに流れる電流値であり、これから分かるように電流波形の立上りと立下りが急峻となっている。
【０００７】
このように、従来の三相ブラシレスＤＣモータの駆動回路では、三相信号の切り替え時のスイッチングによりコイルに流れる電流が急峻に変化するため、これに起因した製品寿命の低下、振動、運転音による人間の居住環境への影響が問題となっていた。この問題を解決するために、通電角制御や進角制御により電流波形を整形する方法が提案されている。
【０００８】
例えば、特許文献１に開示されているようにアナログ演算によって通電時間信号を調整するアナログ制御方式がある。これは、ホールアンプとは別に進角設定のためのアンプを設置し、２種類のアンプの出力をアナログ演算することにより進角補正をおこなっている。
【０００９】
また、特許文献２に開示されているようにデジタル回路方式により通電時間の調整をおこなう制御方式がある。これは、モータの回転状態によって得られた角度データをメモリに登録し、マイコンを使ってモータの回転状況に応じたデータをその都度読み出し通電時間を補正するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−０８９５１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２５５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通電角制御をファンモータのような小型モータにおいて行おうとする場合、特許文献１のようにアンプなどのアナログ回路を追加する方式では、１チップ化をする場合にコストが高くなる。加えて、アナログ回路は使用条件の変化による特性変動やばらつきが生じやすく、量産時の特性再現性を確保するのが難しい。また、特許文献２のようにマイコンやメモリを使用する方式では、再現性の確保は容易であるが、コストが高くなる点やマイコンのインターフェースの為のスペース確保が困難である等の問題点があった。
【００１２】
本発明は上記の問題点に鑑み、簡易かつ安価な回路構成により、モータの通電角制御をおこなうことが可能な三相ブラシレスＤＣモータの駆動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】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、ブラシレスＤＣモータから出力される各相毎の位置検出信号に基づいて、駆動信号を出力するブラシレスＤＣモータ駆動方法において、  前記ブラシレスＤＣモータの回転速度に比例した周波数のＦＧ信号の位相を進相させた進相信号と同位相の第１の三角波信号を生成すると共に、基準クロックと同位相の前記第１の三角波信号より周波数が高い第２の三角波信号を生成し、前記第１の三角波信号と前記第２の三角波信号の電位レベルを比較してＰＷＭ信号と該ＰＷＭ信号の反転信号を生成し、前記進相信号に基づいて前記駆動信号の立上りをデューティ比が増加する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号に、前記駆動信号の立下りをデューティ比が減少する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号とすることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、ブラシレスＤＣモータから出力される各相毎の位置検出信号に基づいて、駆動信号を出力するブラシレスＤＣモータ駆動回路において、前記ブラシレスＤＣモータの回転速度に比例した周波数のＦＧ信号の位相を進ませる進相信号を出力する進相回路と、前記進相信号と同位相の第１の三角波信号を生成する第１の三角波生成回路と、基準クロックと同位相の前記第１の三角波信号より周波数が高い第２の三角波信号を生成する第２の三角波生成回路と、前記第１の三角波信号と前記第２の三角波信号の電位レベルを比較してＰＷＭ信号を発生する比較器と、前記ＰＷＭ信号の反転信号を生成する反転回路と、により構成される進角／通電角制御回路と、前記進相信号に基づいて前記駆動信号の立上りをデューティ比が増加する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号に、前記駆動信号の立下りをデューティ比が減少する前記ＰＷＭ信号または前記ＰＷＭ信号の反転信号とする相信号生成回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、簡単な回路によりファンモータ等の小型モータの効率や静音性の向上が実現でき、１チップ化が容易にできる。また、通電角の変更を第１の三角波信号の傾きにより調整することができ、製造者や使用者がファンモータの個別条件にあわせて簡単な調整を行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る三相ブラシレスＤＣモータ駆動回路の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る三相ブラシレスＤＣモータ駆動回路のタイミングチャートである。
【図３】従来の三相ブラシレスＤＣモータ駆動回路を示す図である。
【図４】従来の三相ブラシレスＤＣモータ駆動回路のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態を示すブロック図である。本図に示すように、本発明のモータ駆動回路では、進角／通電角制御回路４０を新たに追加している。この進角／通電角制御回路４０は、クロック生成回路４1、カウンタ４２、進相回路４３、三角波生成回路１（４４）、三角波生成回路２（４５）、比較器４６、インバータ４７より構成されている。
【００１７】
進角／通電角調整回路４０の動作を以下に説明する。クロック生成回路４１はＦＧ信号に対して十分周波数が高い基準クロックＣＫを発生させるものである。カウンタ４２はこの基準クロックＣＫにより、ＦＧ信号のハイ期間またはロウ期間をカウントして進相回路４３に送る。進相回路４３は、このカウント結果を基にＦＧ信号を進相させた進相信号ＦＦＧを生成する。三角波生成回路１（４４）はこの進相信号ＦＦＧを入力して、位相が等しい三角波信号ＴＲ１を生成する。
【００１８】
一方、三角波生成回路２（４５）は、基準クロックＣＫと位相が等しい三角波信号ＴＲ２を生成する。そして、比較器４６において、三角波信号ＴＲ１と三角波信号ＴＲ２との電位レベルを比較することにより、ＰＷＭ信号である信号ＰＷＭ１を生成する。具体的には、三角波信号ＴＲ１が三角波信号ＴＲ２より電位レベルが高い期間は、信号ＰＷＭ１はハイレベルとなり、三角波信号ＴＲ１が三角波信号ＴＲ２より電位レベルが低い期間は、信号ＰＷＭ１はロウレベルとなる（図４参照）。そして、信号ＰＷＭ１はインバータ４７を介して反転信号である信号ＰＷＭ１ｂを生成する。
【００１９】
相信号生成回路５０は、ロータ位置信号Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３と、進角／通電角調整回路４０からの進相信号ＦＦＧ、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ１ｂをデコードすることにより、三相信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）を生成している。例えば、信号ＵＨ（図２参照）は、進相信号ＦＦＧがロウレベルであって、信号Ｈ１がロウレベル、信号Ｈ２がハイレベル、信号Ｈ３がロウレベルの組み合わせの場合に、信号ＰＷＭ１を選択する。これにより、信号の立下りを段々デューティが減少するＰＷＭ波形に置き換えることができる。信号の立ち上りについても同様のデコードを行うことで、段々デューティが増大するＰＷＭ波形に置き換えることができる。
【００２０】
図１の各信号のタイミングチャートを図２に示す。この例では、進相信号ＦＦＧはＦＧ信号を１５度進相させている。三角波信号ＴＲ１は、進相信号ＦＦＧと同相の信号でありハイレベルの期間は右肩上がり、ロウレベルの期間は右肩下がりの波形となる。信号ＰＷＭ１は上記三角波信号ＴＲ１と基準クロックから生成した三角波信号ＴＲ２の電位レベルを比較することにより得られるＰＷＭ信号である。そして、このＰＷＭ信号を上述したように従来の三相信号と合成することにより、三相信号（ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬ）の立上り／立下りをそれぞれパルス幅が段々広くなるＰＷＭ波形とパルス幅が段々狭くなるＰＷＭ波形としている。
【００２１】
また、三角波信号ＴＲ１と三角波信号ＴＲ２の電位比較時の信頼性を高めるために、図２に示すように、三角波信号ＴＲ１の頂点または底辺に近い期間“Ｂ”を不感帯とし、期間“Ａ”のＰＷＭ信号のみを有効とすることが好適である。例えばＰＷＭ信号の有効期間“Ａ”を３０度にすると、不感帯期間“Ｂ”は１５度となる。よって進相回路４３によりＦＧを進相させる角度は１５度とすればよい。この場合の通電角は図２に示すように１５０度通電となる。図２に示す実施例では、従来の三相信号の切り替わりタイミングにおいて３０度の区間をＰＷＭ信号によりチョッピング動作させることが可能であり、モータコイルに流れる電流（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）の変化を緩やかにすることができる。
【００２２】
モータが発する振動や騒音はモータの構造などによって通電角が数度変わっただけでも変化することがあり、三角波ＴＲ１の振幅やオフセット電圧を変えることによりモータの特性を最適化することができる。
【００２３】
本願発明に係る駆動回路を１チップ化する場合には、三角波発生回路１（４４）、三角波発生回路２（４５）は定電流回路とキャパシタによって容易に実現可能である。その他の回路もＣＭＯＳ論理回路で容易に実現可能であるため、システムの小型化が要求されるファンモータ等の三相ブラシレスＤＣモータの駆動回路に適した構成となっている。
【符号の説明】
【００２４】
１，２，３：ホールセンサ
１０：ホールアンプ
２０：速度検出器
３０：スイッチ／タイミング調整回路
４０：進角／通電角調整回路
４１：クロック生成回路
４２：カウンタ
４３：進相回路
４４：三角波生成回路１
４５：三角波生成回路２
４６：比較器
４７：インバータ
５０：相信号生成回路
６０：出力制御／ゲートドライブ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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