(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相直流電動機の多相固定子巻線内の固定子巻線相電流を制御するために使用する電流フィードバック増幅器であって、上記多相固定子巻線の各相または固定子コイルはドライバ回路を有し、上記電流フィードバック増幅器は、
上記多相固定子巻線の第１の相を通って流れる固定子巻線電流を検出し、それに応答して均一化されたセンス電流を生成し、上記均一化されたセンス電流を上記固定子巻線相電流に関係づけるように動作可能な第１段電流センス増幅器と、
上記第１段電流センス増幅器から上記均一化されたセンス電流を受信し、上記均一化されたセンス電流と振幅調整された参照電流とを比較することによって制御信号を生成するように動作可能であり、また上記制御信号をドライバ回路に印加して上記固定子巻線相電流を制御するように動作可能な第２段電流センス増幅器と、
を備えていることを特徴とする電流フィードバック増幅器。
【請求項２】
上記ドライバ回路は、ゲート、ソース、及びドレイン端子を有する電力電界効果トランジスタであり、上記ドライバ回路は上記ゲート端子に上記制御信号を受信して上記固定子巻線相電流を制御するようになっている請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項３】
上記ドライバ回路は、低電位側ドライバとして働くようになっている請求項２に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項４】
上記第１段電流センス増幅器を上記第２段電流センス増幅器に接続するように動作可能なスイッチ、
を更に備えている請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項５】
上記第１段電流センス増幅器は、上記均一化されたセンス電流を生成するために使用されるセンス電流を生成するように動作可能なセンス電流ミラー回路を含んでいる請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項６】
上記第１段電流センス増幅器は、センス電流を生成するように動作可能なセンス電流ミラー回路と、上記センス電流を受信して上記均一化されたセンス電流を生成するように動作可能な、相トリムデバイスを有する均一化されたセンス電流ミラー回路とを含んでいる請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項７】
上記電流ミラー回路、上記均一化されたセンス電流ミラー回路、及び上記相トリムデバイスは、電界効果トランジスタを使用して実現されている請求項６に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項８】
上記第２段電流センス増幅器は、上記振幅調整された参照電流を生成するように動作可能な、振幅トリムデバイスを有する参照電流ミラー回路と、上記振幅調整された参照電流及び上記均一化されたセンス電流を加算ノードに供給し、上記比較を遂行して上記制御信号を生成するように動作可能なミラー回路とを含んでいる請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項９】
上記参照電流ミラー回路及び上記ミラー回路は、電界効果トランジスタを使用して実現されている請求項８に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項１０】
上記多相直流電動機は、“Ｙ”形態に接続されている３相固定子巻線を有する３相直流電動機である請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項１１】
上記ドライバ回路は、ゲート、ソース、及びドレイン端子を有する電力電界効果トランジスタであり、上記ドライバ回路は、上記ゲート端子に上記制御信号を受信して上記固定子巻線相電流を制御し、上記第１段電流センス増幅器は、上記センス電流を生成するセンス電流ミラー回路と、上記センス電流を受信しそれに応答して上記均一化されたセンス電流を生成するように動作可能な、相トリムデバイスを有する均一化されたセンス電流ミラー回路とを含み、上記センス電流ミラー回路及び上記均一化されたセンス電流ミラー回路は電界効果トランジスタを使用して実現され、上記第２段電流センス増幅器は、上記振幅調整された参照電流を生成するように動作可能な、振幅トリムデバイスを有する参照電流ミラー回路と、上記振幅調整された参照電流及び上記均一化されたセンス電流を加算ノードに供給し、上記比較を遂行して上記制御信号を生成するように動作可能なミラー回路とを含み、上記参照電流ミラー回路及び上記ミラー回路は電界効果トランジスタを使用して実現されており、上記電流フィードバック増幅器は、
上記第１段電流センス増幅器を上記第２段電流センス増幅器に接続するように動作可能なスイッチ
を更に備えている請求項１に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項１２】
複数の第１段電流センス増幅器を更に備え、上記第１段電流センス増幅器は上記複数の第１段電流センス増幅器の１つであり、上記複数の第１段電流センス増幅器の各々は、上記多相固定子巻線の対応する相を通って流れる固定子巻線相電流を検出し、それに応答して均一化されたセンス電流を生成するように動作可能であり、上記均一化されたセンス電流は上記固定子巻線相電流に関係づけられており、
上記第２段電流センス増幅器を上記各第１段電流センス増幅器に選択的に接続し、上記第２段電流センス増幅器が上記接続された第１段電流センス増幅器から上記均一化されたセンス電流を受信できるように動作可能なスイッチ、
を更に備えている請求項２に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項１３】
上記複数の第１段電流センス増幅器の各々は、センス電流を生成するセンス電流ミラー回路と、上記センス電流を受信しそれに応答して均一化されたセンス電流を生成するように動作可能な、プログラム式に調整可能な相トリムデバイスをする均一化されたセンス電流ミラー回路とを含み、上記センス電流ミラー回路及び上記均一化されたセンス電流ミラー回路は電界効果トランジスタを使用して実現されており、上記第２段電流センス増幅器は、上記振幅調整された参照電流を生成するように動作可能な、プログラム式に調整可能な振幅トリムデバイスを有する参照電流ミラー回路と、上記振幅調整された参照電流及び上記均一化されたセンス電流を加算ノードに供給し、上記比較を遂行して上記制御信号を生成するように動作可能なミラー回路とを含み、上記電流フィードバック増幅器は、
上記プログラム式に調整可能な相トリムデバイスの各々毎の均一化設定を記憶し、また上記プログラム式に調整可能な振幅設定を記憶するように動作可能なメモリデバイス、
を更に備えている請求項１２に記載の電流フィードバック増幅器。
【請求項１４】
多相固定子巻線の複数の固定子巻線電流流路の何れか１つ内の固定子巻線相電流を制御するための方法であって、
ある固定子巻線電流流路内を流れる固定子巻線相電流を検出する段階と、
上記固定子巻線相電流に関係づけられたセンス電流を生成する段階と、
相トリム回路を使用して上記センス電流を均一化し、均一化されたセンス電流を生成する段階と、
振幅トリム回路を使用して参照電流を調整し、振幅がトリムされた参照電流を生成する段階と、
上記均一化されたセンス電流と、上記振幅がトリムされた参照電流とを比較し、制御信号を生成する段階と、
上記制御信号をドライバ回路に供給し、上記固定子巻線相電流を制御する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
上記ドライバ回路は、ゲート、ソース、及びドレイン端子を有する電力電界効果トランジスタであって上記固定子巻線相電流が上記ドライバ回路のチャンネルを流れることができるように上記固定子巻線電流流路の低電位側に接続され、上記制御信号は、上記ドライバ回路の上記ゲート端子に供給されて上記固定子巻線相電流を制御するようになっている請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記固定子巻線相電流を検出する段階、及び上記センス電流を生成する段階は、電流ミラー回路を使用することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
上記センス電流を均一化する段階、及び上記参照電流を調整する段階は、プログラム式に調整可能なトリム回路を使用することを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
多相直流電動機に使用されている多相巻線の複数の固定子巻線電流流路の各々内の固定子巻線電流を実質的に均一化するための方法であって、
第１の安定状態動作中に、第１の固定子巻線電流流路内の第１の固定子巻線電流を測定する段階と、
それぞれの安定状態動作中に、残りの複数の固定子巻線電流流路の各々内の固定子巻線電流を測定する段階と、
それぞれの安定状態動作中に、上記残りの複数の固定子巻線電流流路の各々内の固定子巻線電流を、上記第１の固定子巻線電流に実質的に等しく調整する段階と、
固定子巻線電流の振幅を所望のレベルに調整する段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１９】
上記第１の固定子巻線電流を測定する段階、及び上記残りの複数の固定子巻線電流流路の各々内の固定子巻線電流を測定する段階は、固定子巻線ドライバ回路を通って流れる上記固定子巻線電流を感知するように構成されている電流ミラー回路を使用することを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
上記固定子巻線電流を調整する段階は、上記各固定子巻線電流毎の上記固定子巻線ドライバ回路と並列に、電流経路を有する少なくとも１つの能動デバイスを選択的に接続し、上記各固定子巻線電流を上記第１の固定子巻線電流に実質的に等しくさせることを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記振幅を調整する段階は、上記固定子巻線ドライバ回路と並列に、電流経路を有する少なくとも１つの能動デバイスを選択的に接続し、全ての上記固定子巻線電流を所望のレベルにさせることを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記固定子巻線ドライバ回路は、低電位側ドライバとして働き、且つ電力電界効果トランジスタとして実現されている請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記固定子巻線電流を調整する段階は、プログラム式に調整可能な相トリムデバイスをプログラムすることを含み、上記振幅を調整する段階は、プログラム式に調整可能な振幅トリムデバイスをプログラムすることを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には制御回路の分野に関し、詳しく述べればトリム回路を有する電流フィードバック増幅器、及び多相直流電動機の固定子巻線電流を制御・均一化するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願は、1996年９月19日付系属米国暫定出願第 ／ 号「電流感知の精度改善のためのトリム回路及び方法」（ＴＩドケット番号 TI-21789 ）に関連する。
多相直流（ｄｃ）電動機はいろいろな応用に使用され、回転運動を発生させている。例えば、ハードディスクドライブ及びＣＤ−ＲＯＭドライブのような応用では、ハードディスクドライブの磁気ディスクを含む情報プラッタを回転させるために、３相直流電動機のような多相直流電動機が使用されることが多い。これらの情報プラッタの回転速度は、総合応用性能にとって屡々臨界的である。
これらの多相直流電動機の回転速度は、固定子巻線、即ちコイルを流れる電流によって制御される。例えば、３相直流電動機の固定子巻線は“Ｙ”形態に接続することができ、一方の端がセンタータップノードに接続されたＡコイル、Ｂコイル、及びＣコイルを含んでいる。各コイルの他方の端は、転流（コミュテーション）が発生するにつれて高電位側ドライバ、低電位側ドライバの何れかに選択的に接続されるか、または開回路にされる。これらのドライバは、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）として実現される電力トランジスタであることができる。
【０００３】
安定状態動作中は、電流は高電位側に接続された電源から、高電位側ドライバ、高電位側ドライバに接続された第１のコイル、センタータップ、低電位側ドライバに接続されたコイル、及び低電位側ドライバ（接地にも接続されている）を通って流れる。この時間中、一方の端がセンタータップに接続され、他方の端が開回路にされている第３のコイルに電流は流れない。ある時間の後に転流が発生するので、電流は今度は第３のコイルと、転流シーケンスに依存して第１のコイルまたは第２のコイルの何れかを通って流れることができる。転流は、回路内の１つの経路から別の経路への転換である。従って、安定状態動作中、電流は転流が発生するまでは３つのコイルの中の２つを通って流れ、転流が発生すると、次の転流が発生するまで、電流はこれらの２つのコイルの一方と、第３のコイルとを通って流れる。
【０００４】
６回の転流を通して合計６つの電流を３相直流電動機の固定子巻線に供給することができる。例えば、ＡコイルからＣコイルへ、ＡコイルからＢコイルへ、ＣコイルからＢコイルへ、ＣコイルからＡコイルへ、ＢコイルからＡコイルへ、及びＢコイルからＣコイルへというような電流流路シーケンスで固定子コイルに電流を供給し、３相直流電動機の回転子を回転運動させることができる。
電流の流れは、固定子巻線の各相に設けられている高電位側ドライバ及び低電位側ドライバによって制御される。転流回路は、それぞれの高電位側及び低電位側ドライバのゲートに制御電圧を順次に印加し、上述したような所定のシーケンスで固定子巻線内に電流を流させる。
それぞれの電流流路内の電流は均一であることが望ましい。しかしながら、製造プロセス、マスク整列等における変動が原因で、それぞれの電流流路内のＦＥＴドライバトランジスタは、典型的にはチャンネル幅または長さのような寸法に分散及び許容差を有している。これらの分散及び許容差は、固定子巻線内のそれぞれの電流流路内の電流を不均一にする。これらが不均一であることの結果として、可聴雑音、トルクのリップル、電動機の不正確さ、及び他の望ましくない効果が発生し得る。また、これらの不均一な電流は、電動機速度の精度を低下させる。ハードディスクドライブのデータ密度が益々増加するにつれて、これらの非精密さが、特定のハードディスクドライブにおいて達成可能なデータ密度に制限をもたらすようになる。
【０００５】
固定子巻線電流は、固定子巻線の各相に制御回路を設けて検出し、制御することができる。これは、一般に固定子巻線の各相の低電位側ドライバトランジスタにおいて遂行される。この制御回路は、ＦＥＴドライバトランジスタ内の電流を鏡映する電流ミラーとして接続されているＦＥＴトランジスタデバイスを含むことができる。ミラートランジスタに対するドライバトランジスタのサイズの比が小さ過ぎると、問題が発生する。もしミラートランジスタに対するドライバトランジスタのサイズの比が小さ過ぎると、ミラートランジスタ内の電流が大きくなるために制御回路内で大量の電力が浪費される。
しかしながら、この比が大き過ぎても問題が発生する。例えば、比を 1500 ：１程度にすると、このサイズのミラートランジスタを製造する時に発生する分散及び許容差のために電流ミラーの精度が低下する。この比は、ロット及びデバイス毎に変化することが予測される。更に、比が大き過ぎると、これらの製造分散及び許容差が、固定子巻線の各相の制御回路に使用されるミラートランジスタ間に差をもたらす。これは、最終的には、固定子巻線内の電流の流れを不均一にするように働き、上述したような可聴雑音、トルクのリップル、電動機の不正確さ、及び他の望ましくない効果を発生させる。可聴雑音は、典型的には転流周波数である２−４ｋＨｚであり得る。
【０００６】
更に、固定子巻線内の電流の流れは均一であるが、望ましくない振幅である場合にも問題が発生する。例えば、もし電流の流れが小さ過ぎると、電動機は所望のトルクまたは回転速度を発生することができない。
【０００７】
【発明の概要】
以上の説明から、電力消費を最小としながら、電流をほぼ均一に、且つ所望の振幅にするように、多相直流電動機の固定子巻線のコイル内の電流を制御するための固定子巻線の各相の制御回路として動作する、トリム回路を有する電流フィードバック増幅器に対する要望が存在していることが理解されよう。本発明によれば、上述した欠陥及び問題を実質的に排除する、トリム回路を有する電流フィードバック増幅器、及び固定子巻線内の電流を制御・均一化するための方法が提供される。本発明は、小サイズのミラートランジスタ及び回路の製造中に存在する回路分散及び許容差によってもたらされる問題を平衡、または排除するトリム回路として動作する複数のプログラム式に選択可能なトランジスタ、または能動デバイスを使用する。
【０００８】
本発明によれば、多相直流電動機の多相固定子巻線内の固定子相電流を制御する電流フィードバック増幅器が提供される。多相固定子巻線の各相、即ち固定子コイルは電力電界効果トランジスタのようなドライバ回路を有しており、このドライバ回路は電流フィードバック増幅器によって生成される制御信号を受信して固定子巻線相電流を制御する。電流フィードバック増幅器は、第１段電流センス増幅器及び第２段電流センス増幅器を含んでいる。第１段電流センス増幅器は、多相固定子巻線の第１の相を通って流れる固定子巻線相電流を検出し、それに応答して均一化されたセンス電流を生成する。これは、固定子巻線相電流に関係づけられたセンス電流を生成する電流ミラーとして機能する回路を使用して達成できる。このセンス電流は、電流ミラー回路内の相トリムデバイスを使用して均一化することができる。相トリムデバイスは、適切な均一化されたセンス電流が生成されるように、所望値にプログラム式に設定される調整可能な、または選択可能なデバイスであることができる。第２段電流センス増幅器は、第１段電流センス増幅器から均一化されたセンス電流を受け、均一化されたセンス電流と、振幅が調整された参照電流とを比較することによって制御信号を生成する。次いで第２段電流センス増幅器は、制御電流をドライバ回路へ供給して固定子巻線相電流を所望のレベルに制御する。
【０００９】
本発明は、さまざまな技術的長所を提供する。本発明の技術的長所は、多相直流電動機の固定子巻線内の電流を均一にすることを含む。これは、電流が均一でなく、電動機が不正確であるために共振周波数によってもたらされるトルクのリップル、可聴雑音を減少、または排除する。本発明の別の技術的長所は、電動機速度の精度を改善することを含み、これはハードディスクドライブ応用においてデータ密度を増加させることを可能にする。更に別の技術的長所は、制御回路内に、他方に対してサイズを定めたドライバトランジスタ及び電流ミラートランジスタを使用し、正確さを得ながら、総合回路を最小化し、しかも制御回路の電力消費を減少させていることである。更に別の技術的長所は、所望の振幅を有する固定子巻線電流を含んでいることである。他の技術的長所は、当業者ならば、添付図面、以下の説明、及び特許請求の範囲から容易に理解できよう。
【００１０】
本発明、及びその長所をより完全に理解するために、以下に添付図面を参照して本発明を説明する。添付図面においては、同一部品には同一番号が付されている。
【００１１】
【実施例】
図１は、安定状態電流ＩACを調整するように構成された複数のドライバトランジスタ、及び電流フィードバック増幅器回路を含む３相固定子巻線１０を示す回路図である。以下に３相電動機の３相固定子巻線１０を図示し、説明するが、本発明は特定の相数または特定の動作モードの何れにも限定されるものではないことを始めに理解されたい。３相固定子巻線１０は“Ｙ”形態に接続され、Ａコイル１７、Ｂコイル１９、及びＣコイル１５を含んでいる。３つのコイルの一方の端はセンタータップにおいて互いに接続され、３つの各コイルの他方の端はそれぞれの高電位側ドライバトランジスタ及び低電位側ドライバトランジスタに接続されている。高電位側ドライバトランジスタは、スイッチとして動作するｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのような電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用して実現することができる。低電位側ドライバトランジスタは、低電位側に接続されるコイルを通して供給される電流を調整するために飽和領域で動作するｎチャンネルＭＯＳＦＥＴのようなＦＥＴを使用して実現することができる。高電位側ドライバＡ（ＨＳＤＡ）１６と低電位側ドライバＡ（ＬＳＤＡ）２２とのノードＡにはＡコイル１７が接続され、一方高電位側ドライバＢ（ＨＳＤＢ）１８と低電位側ドライバＢ（ＬＳＤＢ）２４とのノードＢにはＢコイル１９が接続されている。高電位側ドライバＣ（ＨＳＤＣ）１４と低電位側ドライバＣ（ＬＳＤＣ）２０とのノードＣにはＣコイル１５が接続されている。
【００１２】
図１には示されていない転流回路は、高電位側ドライバトランジスタ及び低電位側ドライバトランジスタの組合わせを選択的に付勢し、３相固定子巻線１０のコイルの選択された対を通って流れるＩACのような電流を発生させる。これによって、図１には示されていない回転子は公知のように回転する。電流は、ＶCCから、選択された高電位側ドライバ、選択された高電位側ドライバに接続されている第１のコイル、センタータップ、選択された低電位側ドライバに接続されている第２のコイル、選択された低電位側ドライバを通って接地へ流れる。
図１に示す実施例では、コイル電流は低電位側ドライバのゲート・ソース電圧を調整することによって制御、または調整される。例えば、安定状態固定子電流ＩACがＡコイル１７及びＣコイル１５を通って流れている場合、転流回路はＨＳＤＡ  １５及びＬＳＤＣ  ２０をドライバトランジスタとして使用する。ＨＳＤＡ  １５のゲートに 10 Ｖを印加すると、それは閉じたスイッチ、または短絡回路として動作するので、電流はＶCCからノードＡを通ってＡコイル１７へ流れることができる。ＬＳＤＣ  ２０は、飽和領域で動作することによって安定状態電流ＩACを制御、または調整することができるので、電流はＡコイル１７からセンタータップ、Ｃコイル１５を通ってノードＣに達し、ＬＳＤＣ  ２０のゲート・ソース電圧を調整することによってそこからＬＳＤＣ  ２０を通って接地へ流れることができる。この時間中、ＬＳＤＣ  ２０のゲート・ソース電圧は、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７、及びスイッチ１００を通して接続されている第２段電流センス増幅器１００を含む制御回路によって生成される制御信号を通して制御、または調整される。この制御回路の詳細に関しては、図２、３、及び４を参照して後述する。この時間中、ＬＳＤＡ  ２２及びＬＳＤＢ  ２４はターンオンされず、ドレイン・ソース間は開回路として動作し、またＨＳＤＣ  １４及びＨＳＤＢ  １８はそれらのゲートに０電圧を供給することによってそれらを開回路状態にし、開いたスイッチとして動作させる。第１段電流センス増幅器Ａ  ２８及び第１段電流センス増幅器Ｂ  ３０も、この時間中ノードＡ及びＢからそれぞれ切り離される。
【００１３】
転流回路がＬＳＤＢ  ２４またはＬＳＤＡ  ２２のような異なる低電位側ドライバを選択する他の転流状態の間、第２段電流センス増幅器１００は、選択された低電位側ドライバに接続済みの第１段電流センス増幅器に接続される。例えば、Ａコイル１７及びＢコイル１９を通る安定状態固定子電流ＩACが調整される時には、ＬＳＤＢ  ２４が低電位側ドライバとして動作する。その時には、第２段電流センス増幅器１００がスイッチ１０１を通して第１段電流センス増幅器Ｂ３０に接続され、ＬＳＤＢ  ２４のゲート・ソース電圧を調整する。以上のように、選択された低電位側ドライバトランジスタのゲート・ソース電圧の調整、または制御は、第２段電流センス増幅器１００、及び選択された第１段電流センス増幅器を含む制御回路を使用して達成される。制御回路によるゲート・ソース電圧の制御は、固定子巻線電流をほぼ均一化する。各第１段電流センス増幅器は同じ構造であり、必要な時に、第２段電流センス増幅器が接続される。これにより回路全体は簡易化され、マッチングが改善される。
【００１４】
前述したように、３相固定子巻線１０を使用した場合、電流の流路は６つの組合わせが考えられる。例えば、Ａコイル１７からＣコイル１５へ、Ａコイル１７からＢコイル１９へ、Ｃコイル１５からＢコイル１９へ、Ｃコイル１５からＡコイル１７へ、Ｂコイル１９からＡコイル１７へ、そしてＢコイル１９からＣコイル１５へのようなシーケンスに従って電流を流すことができる。３相直流電動機の動作では、これらの６つの電流の各流れは、電流が転流回路によってコイルからコイルへスイッチされ、回転子の回転を確立するようなセットシーケンスで確立される。電動機の精度を向上させ、電力消費を最小にしながら、トルクのリップル、可聴雑音、及び他の望ましくない効果を減少させるために、６つの電流の各流れが均一であり、所望の振幅で供給されるよにすることが望ましい。
【００１５】
これは、以下に説明するように、各相における第１段電流センス増幅器のような制御回路を適切に設計し、サイズを定め、そして対応する低電位側ドライバに対して調整、またはプログラムし、固定子巻線コイル電流を正確に測定し、制御して均一な固定子巻線電流が得られるようにすることによって達成することができる。これは、第１段電流センス増幅器回路内にプログラム式に調整可能な相トリム回路を使用して固定子巻線電流を相間で均一にし、第２段電流センス増幅器１００内にプログラム式に調整可能な振幅トリム回路を使用して固定子巻線電流の振幅を所望の、または所要のレベルに調整することによって達成できる。プログラム式に調整可能な相トリム回路及びプログラム式に調整可能な振幅トリム回路のプログラミング、または調整は、通常は回路試験中に遂行される。
【００１６】
第１段電流センス増幅器２７、２８、３０、及び第２段電流センス増幅器１００を製造した後に、この制御回路を３相固定子巻線１０に接続し、回路試験及び調整を行う。安定状態動作中の複数の各固定子巻線電流流路内の固定子巻線電流を実質的に均一にするために、以下の手順が遂行される。以下に説明する調整は計算によって、または試行錯誤によって行うことができる。
ＩACのような第１の安定状態固定子巻線電流を測定し、記録し、そして参照電流として役立たせる。次に、連続する安定状態固定子電流を測定し、参照電流と一致するように調整する。これらの調整は、制御回路の一部として使用されている３０及び２８のような残りの第１段電流センス増幅器の回路に関しても行い、特定の安定状態固定子電流を調整する。詳しく述べれば、対応する安定状態固定子電流が参照電流と均一、またはほぼ均一になるまで、これらの第１段電流センス増幅器内の調整可能なトリム回路を調整する。この調整可能な相トリム回路はプログラム可能な回路であることができ、ＥＥＰＲＯＭのようなメモリデバイス内に所望の均一化設定を記憶させる。
【００１７】
安定状態固定子電流を均一にした後に、全ての安定状態固定子電流の振幅を所望の振幅に調整することができる。これは、固定子電流を制御する実際の動作中に、調整可能な振幅トリム回路を設定することによって達成される。この調整可能な振幅トリム回路は第２段電流センス増幅器１００内に設けられており、異なる時点に各第１段電流センス増幅器に接続される。詳しく述べれば、調整可能な振幅トリム回路を、安定状態固定子電流の何れかについて所望の振幅が達成されるまで調整する。他の安定状態固定子電流は既に均一化されているので、今度は全ての安定状態固定子電流を所望の振幅にすべきである。調整可能な振幅トリム回路はプログラム可能な回路であることができ、ＥＥＰＲＯＭのようなメモリデバイス内に所望の振幅設定を記憶させる。
【００１８】
図２は、スイッチ１０１を通して第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７に接続されている第２段電流センス増幅器１００を含む電流フィードバック増幅器１２の実施例を示す回路図である。電流フィードバック増幅器１２は、ＬＳＤＣ  ２０のゲート・ソース電圧を制御することによって安定状態固定子電流ＩACを制御する制御回路として機能する。電流フィードバック増幅器１２は例示回路であり、この第２段電流センス増幅器１００と、別の第１段電流センス増幅器（図１の第１段電流センス増幅器２８または３０の何れか）との組合わせを含む各電流フィードバック増幅器回路の構造は同一である。
第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７は、ノードＣにおいてＣコイル１５及びＬＳＤＣ  ２０のゲートに接続され、またスイッチ１０１を通して第２段電流センス増幅器１００に接続されている。スイッチ１０１は、ＬＳＤＣ  ２０を３相固定子巻線１０の低電位側ドライバとして動作させる時に、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７を第２段電流センス増幅器１００に接続する。これは、例えばＩACがＣコイル１５を通して供給される時に行われる。第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７は安定状態固定子電流ＩACを鏡映し、鏡映された電流を均一化し、均一化されたセンス電流を生成して第２段電流センス増幅器１００へ供給する。
【００１９】
第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７はＩACを検出または鏡映し、それに応答して鏡映された電流ＩSENSE を生成するセンス電流ミラー回路と、ＩSENSE の受信に応答して均一化されたセンス電流ＩSENSE T を生成する均一化されたセンス電流ミラー回路とを含んでいる。センス電流ミラー回路は、ＩACを正確に鏡映した電流としてＩSENSE をＦＥＴ  １１０及びＦＥＴ  １０８を通して生成するカスコードされた電流ミラーとして機能するように構成されているセンスＦＥＴ  １１０、ＦＥＴ  １０８、及びＦＥＴ  １０４を含んでいる。代替実施例では、ノードＣにおける電圧ＶC がＶCCに到達した時にカスコード配列の有効性が大きく低下し、ＦＥＴ  １０４のゲートをＶCCに引張ることができ、ＩSENSE を生成する際のセンス電流ミラー回路の精度を改善する。センスＦＥＴ  １１０、ＦＥＴ１０８、及びＦＥＴ  １０４は全てｎチャンネルＭＯＳＦＥＴとして図示してあるが、代わりとして他のどのような種類の型のトランジスタ、または回路技術で実現することもできる。
【００２０】
センスＦＥＴ  １１０及びＬＳＤＣ  ２０のゲートは互いに接続されており、ソースは共に接地されている。ゲート・ソース電圧は、第２段電流センス増幅器１００によって生成され、スイッチ１０１を通して供給される制御信号によって制御される。ＦＥＴ  １０４のソースはＬＳＤＣ  ２０のドレインに接続され、ＦＥＴ  １１０のドレインに電圧ＶC を鏡映するようになっている。ＦＥＴ  １０８及びＦＥＴ  １０４のゲートは互いに接続され、ＦＥＴ  １０４のゲートはドレインに接続されている。電流源４４はＦＥＴ  １０４のドレインに電流ＩREF T を供給し、ＦＥＴ  １０８及びＦＥＴ  １０４のゲートを駆動する電圧を確立する。以下に述べるように、ＩREF T は第２段電流センス増幅器１００の可変電流源４０によって生成される。センスＦＥＴ  １１０に対するＬＳＤＣ  ２０のチャンネル幅の比は、ＩACの縮尺されたバージョンとしてのＩSENSE を供給するように、従って電力を節約するように大きくしてある。例えば、チャンネル幅比を 10,000 ：１とすることができる。しかしながら、小さいチャンネル幅の製造は回路内に若干の分散を導入し、生成されるＩSENSE を不正確にして第１段電流センス増幅器が生成するＩSENSE の間に差を発生させ、それが最終的に異なる値の固定子巻線電流を発生させる恐れがある。
【００２１】
これを補償するために、均一化されたセンス電流ミラー回路が設けられている。この回路は受信したＩSENSE に応答し、製造分散によってもたらされる何等かの問題を最終的に補償する均一化された値のセンス電流ＩSENSE T を生成する。均一化されたセンス電流ミラー回路は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴとして実現されている相トリムＦＥＴ  ３１と、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴデバイスを使用して実現され、図３及び４を参照して詳述する調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２と、ＥＥＰＲＯＭ  ４８とを含んでいる。ＥＥＰＲＯＭ  ４８は、図１に関して説明したように通常は試験時点に確立され、ロード（もしくはプログラム）される均一化設定で構成される。均一化設定は、相トリムＦＥＴ  ３１と調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２との間のチャンネル幅比を実効的に変化させる調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２の一部として含まれる離散したＦＥＴの数を限定する。チャンネル幅比のこの変化が最終的に均一化されたセンス電流ＩSENSE T を発生させ、それが均一、またはほぼ均一な固定子巻線電流を発生させる。
【００２２】
均一化されたセンス電流ＩSENSE T は、調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２のドレインから、スイッチ１０１を通して第２段電流センス増幅器１００に供給される。調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２、及び相トリムＦＥＴ  ３１のゲートも、スイッチ１０１を通して第２段電流センス増幅器１００に接続される。第２段電流センス増幅器１００は、入力回路と、ミラー回路と、ＬＳＤＣ  ２０のゲート・ソース電圧を、従って、最終的にはＩACを制御する制御信号を生成する参照電流ミラー回路とを含んでいる。入力回路は、ｎチャンネルＦＥＴ  ８８、抵抗９０、及び均一化されたセンス電流ＩSENSE T を受信してＩSENSE T をミラー回路に供給するｐチャンネルＦＥＴ  ９２を含んでいる。実質的には、ｎチャンネルＦＥＴ  ８８、抵抗９０、及びｐチャンネルＦＥＴ  ９２は、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７の均一化されたセンス電流ミラー回路をカスコードするように設計されている。
【００２３】
ミラー回路はＦＥＴ  ８４及びＦＥＴ  ８６を含み、これらは電流ミラーに接続されたｎチャンネルＭＯＳＦＥＴで実現されている。ミラー回路は、ＦＥＴ８６を通る均一化されたセンス電流ＩSENSE T を鏡映する。
制御信号を生成するために参照電流ミラー回路が使用されている。制御信号はＬＳＤＣ  ２０のゲートに供給されて固定子電流ＩACを制御する。参照電流ミラー回路は、調整用ＦＥＴ  ９８のゲート電圧がＩREF T −ＩSENSE T に比例するように、ＦＥＴ  ９８のゲートノードにおける振幅調整された参照電流ＩREF T を生成する。このように、結果が２つの電流の比較に基づいているので、調整用ＦＥＴ  ９８のゲートノードを加算ノードと呼ぶことができる。これが制御信号を発生させ、この制御信号は調整用ＦＥＴ  ９８のソースからＬＳＤＣ  ２０のゲートに供給される。抵抗１２０が、調整用ＦＥＴ  ９８のソースと接地との間に接続されている。上述したようにＩREF T は、第１段電流センス増幅器２７のセンス電流ミラー回路へのカスコードを達成するためにＦＥＴ  １０４のドレインにおける電流源としても役立っている。
【００２４】
調整された参照電流ＩREF T の振幅がＩSENSE T よりも大きい場合には、制御信号の値が増加する。調整された参照電流ＩREF T の振幅がＩSENSE T よりも小さい場合には、制御信号の値が減少する。回路が安定状態に落ち着くと、これら２つの電流は等しくなる。
参照電流ミラー回路は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴによって実現されている振幅トリムＦＥＴ  ８１、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴデバイスを使用して実現されている調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２、ＥＥＰＲＯＭ  ４８、及び外部制御ラインによって制御される可変電流源４０を使用して、振幅調整された参照電流ＩREF T を生成する。外部制御ラインは、図示してない転流回路から供給することができる。可変電流源４０は、ＩREF を振幅トリムＦＥＴ  ８１へ供給するので、調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２を通して鏡映することができる。振幅調整された参照電流ＩREF T は、全ての第１段電流センス増幅器において同じように生成されて供給されるので、均一にされた全ての固定子巻線電流が所望のレベルで供給される。ＥＥＰＲＯＭ  ４８は所望の振幅設定に構成され、この振幅設定は、図１を参照して説明したように、通常は試験時点に確立され、ロード（もしくはプログラム）される。振幅設定は、振幅トリムＦＥＴ  ８１と調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２との間のチャンネル幅比を実効的に変化させるには、調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２のどの離散したＦＥＴを調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２の一部として含ませるかを決定する。前述したように、この比の変化が、最終的に固定子巻線電流を全て所望の振幅にする。調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２とＥＥＰＲＯＭ  ４８との組合わせを、プログラム式に調整可能な振幅トリムデバイスと呼ぶことができる。
【００２５】
動作中、電流フィードバック増幅器１２は固定子電流ＩACを制御するための制御回路として機能する。電流フィードバック増幅器１２は、固定子電流ＩACを検出し、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７のセンス電流ミラー回路を使用して鏡映された電流ＩSENSE を生成する。次いで電流フィードバック増幅器１２は、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７の均一化されたセンス電流ミラー回路を使用してセンス電流を均一化し、均一化されたセンス電流ＩSENSE T を生成する。均一化されたセンス電流回路は、均一化設定で構成された相トリムＦＥＴ  ３１、調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２、及びＥＥＰＲＯＭ  ４８を含む。次に、さらなる処理のためにＩSENSE T が第２段電流センス増幅器１００へ供給される。
第２段電流センス増幅器１００は、入力回路及びミラー回路を使用してＩSENSE T を調整用ＦＥＴ  ９８のゲートに鏡映する。第２段電流センス増幅器１００はトリムされた、または調整された参照電流ＩREF T をも生成する。この電流は、調整用ＦＥＴ  ９８のゲートに反対方向に供給され、そこにおいてそれらは減算、または比較され、ＬＳＤＣ  ２０のゲート・ソース電圧を、従って最終的にはＩACを制御する制御信号が生成される。これは、所望の振幅設定に予め構成されている振幅トリムＦＥＴ  ８１、調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２、ＥＥＰＲＯＭ  ４８を含む参照電流ミラー回路と、可変電流源４０とを使用して達成される。
図３は、第１段電流センス増幅器Ｃ  ２７の均一化されたセンス電流ミラー回路として、または第２段電流センス増幅器１００の参照電流ミラー回路として使用できるトリム回路を示す回路図である。均一化されたセンス電流ミラー回路は相トリムＦＥＴ  ３１、調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２、及びＥＥＰＲＯＭ４８の組合わせである。参照電流ミラー回路は、振幅トリムＦＥＴ  ８１、調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２、及びＥＥＰＲＯＭ  ４８の組合わせである。トリム回路は、別の電流の受信に応答して所望の値を有するトリム、または調整された電流を生成するのに使用される。例えば、均一化されたセンス電流ミラー回路は、相トリムＦＥＴ  ３１に鏡映された電流ＩSENSE を受信し、それに応答して調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２に均一化されたセンス電流ＩSENSE T を生成する。同様に参照電流ミラー回路は、振幅トリムＦＥＴ  ８１に参照電流ＩREF を受信し、それに応答して調整可能な振幅トリムＦＥＴ  ８２に調整された参照電流ＩREF T を生成する。
【００２６】
ＥＥＰＲＯＭ  ４８のようなメモリデバイスを使用して、調整可能な相トリムＦＥＴ  ３２、または調整可能な振幅ＦＥＴ  ８２のような調整可能なＦＥＴから、１組のトリムＦＥＴを選択することによって所望の電流が生成、または鏡映される。調整可能なＦＥＴから１組のトリムＦＥＴを選択することによって、調整可能なＦＥＴと、相トリムＦＥＴ  ３１または振幅トリムＦＥＴ  ８１のような調整不能なＦＥＴとの間の実効チャンネル幅比を確立し、所望の電流の生成を達成することができる。
図３に示す一実施例では、調整可能なＦＥＴは、第１のトリムＦＥＴ  ５０、第２のトリムＦＥＴ  ５１、第３のトリムＦＥＴ  ５２、第４のトリムＦＥＴ５３、及び第５のトリムＦＥＴ  ５４を含み、これらの全てのドレインは一緒に接続され、またそれらの全てのソースは一緒にＶCCに接続されている。第１のトリムＦＥＴ  ５０のゲートと、調整不能なＦＥＴのゲートとは直接接続されており、従ってトリムＦＥＴ  ５０は常に調整可能なＦＥＴのトリムＦＥＴの組の中に含まれることになる。第２のトリムＦＥＴ  ５１、第３のトリムＦＥＴ  ５２、第４のトリムＦＥＴ  ５３、及び第５のトリムＦＥＴ  ５４のゲートは、第１のトリムＦＥＴ  ５０のゲートに選択的に、そしてスイッチ可能なように接続され、接続された時にそれらは並列に接続されるようになっている。これらのトリムＦＥＴは、第２のスイッチ６１、第３のスイッチ６２、第４のスイッチ６３、及び第５のスイッチ６４を含むそれぞれのスイッチを通してスイッチ可能に接続される。これらのスイッチは、トリムＦＥＴのスイッチングを制御するディジタル信号を供給できるＥＥＰＲＯＭ  ４８によって制御される。
【００２７】
トリムＦＥＴのスイッチングの効果は、調整可能なＦＥＴと相トリムＦＥＴ３１または振幅トリムＦＥＴ  ８１のような調整不能なＦＥＴとの間のチャンネル幅比に影響を与える。例えば、もし第２のトリムＦＥＴ  ５１だけが選択されれば、実効チャンネル幅比は 97.5 ：100 になる。もし第２のトリムＦＥＴ  ５１及び第３のトリムＦＥＴ  ５２が共に選択されれば、実効チャンネル幅比は 100：100 になる。もし図３の全てのトリムＦＥＴが選択されれば、実効チャンネル幅比は 105：100 になる。
前述したように、どのトリムＦＥＴを選択するかの決定は、通常は試験時点に行われ、この選択情報はＥＥＰＲＯＭ  ４８内に記憶されている。均一化されたセンス電流ミラー回路に関しては、この選択情報を均一化設定と呼び、参照電流ミラー回路に関しては、振幅設定と呼ぶ。図３には、調整可能なＦＥＴの部分として５個のトリムＦＥＴが示されているが、これは例示に過ぎず、所望の分解能及び調整に依存して、いろいろなチャンネル幅を有する任意の数のトリムＦＥＴを使用することができることは理解されよう。本発明の一面は、全ての固定子巻線電流流路内の電流を実質的に均一にすることであるが、１つまたはそれ以上のトランジスタまたはＦＥＴを選択的にスイッチングすることによって離散トリミングすると、必然的に回路のトリミングに量子化ステップが発生する。従って、スイッチ可能に接続されるトランジスタの数は、電流を均一にすることができる分解能を制御する。また、ＥＥＰＲＯＭ  ４８を第１乃至第５のトリムＦＥＴにインタフェースするのに使用されるスイッチは、ＥＥＰＲＯＭの一部として、トリムＦＥＴの一部として、または分離して実現することができる。
【００２８】
図４は、第２のスイッチ６１として実現されているトリムスイッチの回路図である。第２のスイッチ６１だけを図示し、説明するが、各スイッチ６１乃至６４は他のスイッチと実質的に同一であり、従って第２のスイッチ６１だけを示したのである。第２のスイッチ６１は、３つの入力端子、Ｇ、Ｉ、及びＯを有している。入力Ｉは第１のトリムＦＥＴ  ５０のゲートに接続され、出力Ｏは第２のトリムＦＥＴ  ５１のゲートに接続されている。端子ＧはＥＥＰＲＯＭ  ４８の出力Ｂ３に接続されている。出力Ｂ３から供給される信号は、入力Ｉを出力Ｏに接続して第１のトリムＦＥＴ  ５０のゲートと第２のトリムＦＥＴ  ５１のゲートとを接続するか否かを決定する。
もし端子Ｇに印加される信号が「低」、即ち「動作不能」であれば、ｐチャンネルトランジスタ７０がターンオンしてラインＯ上の出力を「高」にする。一方もし端子Ｇに印加される信号が「高」、即ち「動作可能」であれば、ｐチャンネルトランジスタ７０はターンオフし、入力端子Ｉ上の信号はｎチャンネルトランジスタ７２及びｐチャンネルトランジスタ７３を介して直接出力端子Ｏへ通過することができる。端子Ｇに印加される信号が「高」、即ち「動作可能」である時にｐチャンネルトランジスタ７３をターンオンさせるように、インバータ７１が使用されている。
【００２９】
以上から、本発明によれば、トリム回路を有する電流フィードバック増幅器、及び上述した長所が得られる多相直流電動機内の固定子巻線電流を制御・均一化する方法が提供されたことは明白になったであろう。好ましい実施例の詳細を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変化、置換、及び代替を考案することができることを理解されたい。例えば、本発明を３相直流電動機の固定子巻線内の電流を制御することに関して図示し、説明したが、本発明は３相直流電動機だけを含む応用に限定されるものではない。また本発明をｎチャンネル及びｐチャンネルＦＥＴを使用して実現するように図示し、説明したが、他のトランジスタまたは関連技術、またはそれらの組合わせも本発明に使用できることも理解されたい。例えば、当業者ならば、本発明はバイポーラ接合トランジスタ技術のような他のさまざまな技術を使用して実現できよう。
【００３０】
好ましい実施例において離散した、即ち分離した回路として図示し、説明した回路は、本発明の範囲から逸脱することなく１つの回路に組合わせることも、または分離した回路に分割することも可能である。更に、当業者ならば、２つのデバイス間の例示した直接接続は、本発明によって明らかにされた所望の結果を達成しながら、直接接続ではなく１つまたは複数の中間デバイスを介して互いに接続するように変更することもできよう。当業者ならば、変更、置換、及び代替の他の例は容易に理解され、また特許請求の範囲によって限定された本発明の思想及び範囲から逸脱することなく実現することが可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】３相固定子巻線と、安定状態電流ＩACを調整するように構成されたドライバトランジスタ及び電流フィードバック増幅器回路とを示す回路図である。
【図２】電流フィードバック増幅器の実施例を示す回路図である。
【図３】トリム回路を示す回路図である。
【図４】トリム回路に使用されているトリムスイッチを示す回路図である。
【符号の説明】
１０  固定子巻線
１２  電流フィードバック増幅器
１４、１６、１８  高電位側ドライバ
１５、１７、１９  コイル
２０、２２、２４  低電位側ドライバ
２７、２８、３０  第１段電流センス増幅器
４０  可変電流源
４４  ＥＥＰＲＯＭ
４８  電流源
６１、６２、６３、６４  スイッチ
１００  第２段電流センス増幅器
１０１  スイッチ
【図１】
0003853938.tif 000002
【図２】
0003853938.tif 000003
【図３】
0003853938.tif 000004
【図４】
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