CN103580586B - 半导体装置、驱动机构以及电机驱动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体装置、驱动机构以及电机驱动控制方法。在对具备包括切换电机所具备的线圈的两端部中任意一方来连接于接地GND侧的下臂、切换线圈的另一方端部来连接于驱动电源VDDH的上臂的电机驱动装置进行控制的半导体装置中，具备：检测电机的旋转件的旋转位置的变化并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号的比较仪、基于检测信号对下臂输出使切换连接于接地侧的线圈的端部进行切换的信号LAD0、1的PWM、基于检测信号对控制由上臂进行的控制线圈的端部与驱动电源VDDH侧的连接切换的NMOS晶体管输出使切换连接于驱动电源的线圈的端部进行切换的信号UAD0、1的比较仪控制器。

Description

半导体装置、驱动机构以及电机驱动控制方法

技术领域

本发明涉及半导体装置、驱动机构以及电机驱动控制方法，尤其涉及适合高效地进行电机等的驱动控制的半导体装置、驱动机构以及电机驱动控制方法。

背景技术

例如，在专利文献1中公开有使用微型控制器（以下，也称为微型计算机）等半导体装置来进行电机的驱动控制的技术。在该专利文献1中，使用微型计算机、驱动器电路以及位置检测电路来控制驱动电路（上臂、下臂）的开关元件以进行无刷电机的旋转控制。

另外，在专利文献2中公开了不使用驱动器电路而仅使用微型计算机和位置检测电路来控制驱动电路（上臂、下臂）的开关元件以进行电机的旋转控制和电源控制的技术。

在电机中，根据在电机内的励磁线圈中流动的电流量来控制扭矩等。若由于某种原因无法控制流入该励磁线圈的电流，则有可能发生重大的事故。因此，在无法控制流入励磁线圈的电流的情况下，需要立即切断流入励磁线圈的电流作为安全措施。

一般地，若使电机驱动并在旋转中途停止向电机的通电，则有在线圈中积蓄的电流成为反电动势而使电源的电位上升，并由于该电源的电位上升并超过连接于电源的元件的耐压而导致该元件损坏的情况。

为了解决该问题，在以往的使用微型计算机的无刷电机的驱动控制中，检测到无刷电机的过电流而要进行停止的情况下，检测电流的比较仪的中断使CPU（CentralProcessing Unit；中央处理装置）动作，截止控制无刷电机与大地间的通电的下臂的晶体管，并且使控制无刷电机与电源间的通电的上臂的晶体管导通，从而使线圈的两端短路来回生电流，以对积蓄在线圈的感应电流进行放电从而控制反电动势，防止连接于电源的元件的损坏。

然而，在这种情况下，需要由CPU对检测电流的比较仪的中断处理进行软件处理。因此，产生时滞无法立即降低反电动势，存在由于反电动势带来元件损坏的危险。

在专利文献3中涉及利用由IC芯片构成的旋转电机控制装置进行三相交流电机的驱动控制的技术，在由于某种原因无法控制流在旋转电机的励磁线圈中流动的电流的情况下，作为安全措施立即切断流向励磁线圈的电流的技术。具体而言，在由于某种原因无法控制在旋转电机的励磁线圈中流动的电流的情况下，利用来自微型计算机的控制来切断以串联的方式***连接于该励磁线圈的PMOS晶体管和NMOS晶体管。

另外，在专利文献4中公开有如下技术：用比较仪比较在电机中流动的电流值与预先设定的目标电流值，若在电机中流动的电流值超过目标电流值，则通过切断来自CPU的控制信号并向驱动电路直接输出用于降低在电机中流动的电流值的信号，来抑制在电流变化大的反转时等的相对目标电流值的电流值变动。

专利文献1：日本特开平6－165568号公报

专利文献2：日本特开2002－165476号公报

专利文献3：日本特开2007－028694号公报

专利文献4：日本特开2003－335456号公报

近年来，以微型计算机的省电力化为目的正在进行低电压化，寻求仅用这样的低驱动电压的微型计算机就可高效地控制高驱动电压的电机的技术和通过检测电机的过电流来高效地进行停止的技术。

在上述专利文献2中，仅用微型计算机和位置检测电路来控制驱动电路（上臂、下臂）的开关元件以进行电机的旋转控制。然而，在专利文献2中，在用AD转换器将从位置检测信号生成电路输出的位置检测信号转换为数字信号后，通过CPU的运算处理并使用该数字信号来计算电机中的旋转件的位置。因此，存在电机的旋转位置的检测耗时、和为了控制高转速的电机而需要能够进行高速运算处理的高性能的微型计算机的问题。并且，还存在由于AD转换器的电路的面积大，从小面积化的观点出发不被优选的问题。

另外，在仅使用微型计算机来检测电机的过电流以停止电机的旋转的以往的技术中，存在由于需要由CPU对检测电流的比较仪的中断处理进行软件处理，所以产生时滞无法立即抑制反电动势，并由于反电动势引起元件的损坏的危险的问题。

此外，在专利文献4所述的技术是抑制电流变化大的反转时等中的相对目标电流值的电流值变动的技术，不是检测电机的过电流并立即停止电机的旋转的技术。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而完成的，目的在于仅用低电压驱动的微型计算机来高效地进行电机的驱动控制。

为了实现上述目的，本发明的半导体装置对具备切换连接于接地侧的电机所具备的线圈的端部的第1切换电路、和切换连接于驱动电源侧的上述线圈的端部的第2切换电路，并利用上述第1切换电路和上述第2切换电路来控制在上述线圈中流动的电流的电机驱动装置进行控制，上述半导体装置具备：检测上述电机所具备的旋转件的旋转位置的变化并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号的位置检测部、基于上述检测信号对上述第1切换电路输出使连接于上述接地侧的上述线圈的端部进行切换的接地切换信号的第1切换部、以及基于上述检测信号对第3切换电路输出使连接于上述驱动电源侧的上述线圈的端部进行切换的连接切换信号的第2切换部，上述第3切换电路控制由上述第2切换电路进行的控制上述线圈的端部与上述驱动电源侧的连接切换。

另一方面，为了实现上述目的，本发明的驱动机构具备：上述半导体装置、上述电机驱动装置、上述第3切换电路以及上述电机。

另一方面，为了实现上述目的，本发明的电机驱动控制方法是半导体装置的电机驱动控制方法，该半导体装置对具备切换连接于接地侧的电机所具备的线圈的端部的第1切换电路、和切换连接于驱动电源侧的上述线圈的端部的第2切换电路，并利用上述第1切换电路和上述第2切换电路来控制在所述线圈中流动的电流的电机驱动装置进行控制，该电机驱动控制方法包括：检测上述电机所具备的旋转件的旋转位置的变化并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号的步骤、基于上述检测信号对上述第1切换电路输出使连接于上述接地侧的上述线圈的端部进行切换的接地切换信号的步骤、以及基于上述检测信号对第3切换电路输出使连接于上述驱动电源侧的上述线圈的端部进行切换的连接切换信号的步骤，上述第3切换电路控制由上述第2切换电路进行的上述线圈的端部与上述驱动电源侧之间的连接切换。

根据本发明，能够使用比电机的驱动电压的低的微型计算机而高效地进行电机的驱动控制。

附图说明

图1是表示实施方式的半导体装置的构成例和具备该半导体装置的驱动机构的构成例的电路图。

图2是表示在图1中的半导体装置的动作例子的时间图。其中，通常动作的情况下，在HALL+＜HALL-时，向线圈的-（负）输入侧施加高电压；在HALL+＞HALL-时，向线圈的+（正）输入侧施加高电压。

图3是表示在实施方式的半导体装置的其他构成例和具备该半导体装置的驱动机构的构成例的电路图。

图4是表示图3中的半导体装置的动作例的时间图,其中，通常动作的情况下，在HALL+＜HALL-时，向线圈的-（负）输入侧施加高电压；在HALL+＞HALL-时，向线圈的+（正）输入侧施加高电压，在异常动作的情况下，比较仪（b）检测出过电流而输出“H”；触发比较仪（b）输出并强制地使PWM紧急停止；检测出PWM的紧急停止的比较仪控制器（a）的输出均为“H”；由于PWM输出紧急停止而输出“L”从而下臂截止，同时由于比较仪控制器（a）的输出均为“H”而上臂导通，因此能够无时滞地使电流回生并抑制反电动势。

图5是表示图3中的半导体装置的其他动作例的时间图，其中，通常动作的情况下，在HALL+＜HALL-时，向线圈的-（负）输入侧施加高电压；在HALL+＞HALL-时，向线圈的+（正）输入侧施加高电压，在异常动作的情况下，比较仪（b）检测出过电流而输出“H”；触发比较仪（b）输出并强制地使PWM紧急停止；检测出PWM的紧急停止的比较仪控制器（a）的输出均为“L”；由于PWM输出紧急停止而输出“H”从而下臂导通，同时由于比较仪控制器（a）的输出均为“L”而上臂截止，因此能够无时滞地使电流回生并抑制反电动势。

图6是表示实施方式的半导体装置的动作例的流程图。

附图符号说明：

1、1a…半导体装置；2…CPU；3…ROM；4…RAM；5…比较仪（a）；6…比较仪控制器（a）；7…PWM；8…比较仪控制器（b）；9…比较仪（b）；10…电机；10a…线圈；11…二极管；12…上臂；13…下臂；20、20a…驱动机构；C1…电容器；CS＿O…紧急停止信号；CS＿I…电流值；GND…接地；Hall…霍尔元件；Hall＋、Hall－…位置检测信号；LAD0、LAD1…信号（下臂控制用）；M＋、M－…端部（线圈的端部）；R1～R4…电阻；T1、T2…PMOS晶体管；T3～T6…NMOS晶体管；UAD0、UAD1…信号（上臂控制用）；VDD…微型计算机驱动电压（DC5.0V）；VDDH…电机驱动电源（DC12.0V）。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示具备本实施方式（第1实施例）的半导体装置1（以下，也称为微型计算机）的驱动机构20的构成。半导体装置1具备：通过执行程序来进行包括驱动机构20所具备的电机10的驱动控制在内的各种处理的CPU2、被用作由CPU2进行的各种程序的执行时的工作区等的RAM（Random Access Memory）3以及作为预先存储有各种控制程序、各种参数等的记录介质的ROM（Read Only Memory）4，并且构成为在1芯片上具备由模拟电路构成的作为本发明的位置检测部的比较仪（a）5、由逻辑电路构成的作为本发明的第2切换部的比较仪控制器（a）6、以及输出PWM（Pulse WidthModulation）脉冲的本发明的第1切换部的PWM7（单芯片微型计算机）。

此外，在本实施方式（第1实施例）中，例如用DC5.0V驱动半导体装置1、用DC12.0V驱动作为控制对象的电机10。另外，在本实施方式中，电机10为单相无刷电机。

驱动机构20具备半导体装置1和电机10、并且具备：上臂12，其具备PMOS晶体管T1和T2作为本发明的第2切换电路、以及下臂13，其具备NMOS晶体管T5和T6作为本发明的第1切换电路，在电机10内具备线圈10a和检测电机10的旋转的变化的霍尔元件Hall。此外，在电机10中，线圈10a被固定，并且线圈10a通过利用在该线圈10a中流动的电流生成的磁力、和电机10的未图示的旋转件所具备的磁铁等的磁力而进行旋转。

上臂12所具备的PMOS晶体管T1、T2各自的漏极经由二极管11连接于用于驱动电机10的驱动电源VDDH（DC12.0V）。PMOS晶体管T1的源极连接于电机10内的线圈10a的一方的端部M－和下臂13所具备的NMOS晶体管T5的漏极。另外，PMOS晶体管T2的源极连接于电机10内的线圈10a的另一方的端部M＋和下臂13所具备的NMOS晶体管T6的漏极。

并且，PMOS晶体管T1、T2各自的栅极经由电阻R1、R2以及二极管11与驱动电源VDDH连接，并且与作为本发明的第3切换电路的NMOS晶体管T3、T4的漏极连接，并经由该NMOS晶体管T3、T4与接地GND侧连接。

即，NMOS晶体管T3、T4的漏极连接于PMOS晶体管T1、T2各自的栅极，NMOS晶体管T3、T4的源极连接于接地GND侧。此外，NMOS晶体管T3、T4的栅极连接于半导体装置1中的比较仪控制器（a）6的输出端，分别由从比较仪控制器（a）6输出的信号UAD0、UAD1控制导通/截止。

下臂13所具备的NMOS晶体管T5的漏极与上臂12所具备的PMOS晶体管T1的源极和电机10内的线圈10a的M－端连接，下臂13所具备的NMOS晶体管T5的源极连接于接地GND侧。

同样地，下臂13所具备的NMOS晶体管T6的漏极与上臂12所具备的PMOS晶体管T2的源极和电机10内的线圈10a的端部M＋连接，下臂13所具备的NMOS晶体管T6的源极连接于接地GND侧。

并且，下臂13所具备的NMOS晶体管T5、T6的栅极连接于半导体装置1中的PWM7的输出端，分别被从PWM7输出的信号LAD0、LAD1控制导通/截止。

此外，实际上，在各个PMOS晶体管T1、T2以及NMOS晶体管T3～T6中，二极管连接在漏极与源极之间，但这里为了使说明简单化而省略图示。

另外，比较仪（a）5相当于本发明的位置检测部，输入从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋、HALL－，来检测设置于电机10的旋转件的旋转位置的变化，并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号。

另外，下臂13相当于本发明的第1切换电路，PWM7相当于本发明的第1切换部。而且，PWM7基于从作为位置检测部的比较仪（a）5输出的检测信号来输出作为用于控制下臂13的第1切换信号的信号LAD0、LAD1，以对连接于接地GND侧的电机10的线圈10a的端部M＋、M－进行切换。

另外，上臂12相当于本发明的第2切换电路，比较仪控制器（a）6相当于本发明的第2切换部。并且，比较仪控制器（a）6基于从作为位置检测部的比较仪（a）5输出的检测信号来输出作为用于控制上臂12以对连接于驱动电源VDDH的电机10的线圈10a的端部M＋、M－进行切换的第2切换信号的信号UAD0、UAD1。

这样，利用上臂12和下臂13并基于从比较仪（a）5输出的检测信号来将电机10的线圈10a的端部M＋、M－的连接目标切换为驱动电源VDDH和接地GND，从而对在电机10的线圈10a中流动的电流的方向进行切换，将电机10控制为单向旋转。

例如，在从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为低电平（L）、HALL－变化为高电平（H）的情况下，比较仪（a）5的输出成为低电平（L）。另外，在从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为高电平（H）、HALL－变化为低电平（L）的情况下，比较仪（a）5的输出成为高电平（H）。该来自比较仪（a）5的输出被输入至PWM7和比较仪控制器（a）6。

若来自比较仪（a）5的输出从高电平（H）变化为低电平（L）、或者从低电平（L）变化为高电平（H），则PWM7的动作状态成为停止状态并等待来自CPU1的起动信号的输入。

即，在CPU1中，在来自比较仪（a）5的输出产生变化后，控制由PWM7进行的信号LAD0、LAD1的输出以推迟预先决定的时间。如此，设定用于避免在上臂12和下臂13同时导通的情况下产生的故障的停机时间。

例如，若比较仪（a）5的输出从高电平（H）变化为低电平（L）而经过CPU1的停机时间，则PWM7成为动作状态，使信号LAD0为高电平（H）。此外，PWM7输出PWM脉冲并基于脉冲宽度来控制电机10的旋转速度。

另外，在本实施方式中，在PWM7未动作的状态下，与来自比较仪（a）5的输出无关，比较仪控制器（a）6使信号UAD1为低电平（L）、使信号UAD0为低电平（L）。

并且，若PWM7成为动作状态，则比较仪控制器（a）6进行信号UAD1和信号UAD0的切换。

例如，若比较仪（a）5的输出从高电平（H）变化为低电平（L）而PWM7成为动作状态，则比较仪控制器（a）6使信号UAD0为高电平（H）。

这样，若来自比较仪控制器（a）6的信号UAD0成为高电平（H），则NMOS晶体管T3导通，PMOS晶体管T1截止。另外，在该状态下，来自比较仪控制器（a）6的信号UAD1为低电平（L），NMOS晶体管T4截止，PMOS晶体管T2为截止状态。

并且，在该状态下，对于NMOS晶体管T5而言，从PWM7输出的信号LAD1为低电平（L），为截止状态，对于NMOS晶体管T6而言，从PWM7输出的信号LAD0为高电平（H），为导通状态。

其结果，电机10的线圈10a的端部M－侧经由PMOS晶体管T1和二极管11与驱动电源VDDH连接，电机10的线圈10a的端部M＋侧经由NMOS晶体管T6与接地GND侧连接，电机10旋转。此外，这里的旋转为顺方向的旋转。

如此这样，若电机10向顺方向旋转并旋转至电机10的旋转件所具备的磁铁的磁极与在线圈10a生成的磁力的磁极之间的关系成为抑制电机10的旋转的位置的规定的旋转角度，则从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为高电平（H）、HALL－变化为低电平（L）。在这种情况下，比较仪（a）5的输出成为高电平（H），来自该比较仪（a）5的输出（H）被输入至PWM7和比较仪控制器（a）6。

若来自比较仪（a）5的输出从低电平（L）变化为高电平（H），则PWM7立即使信号LAD0为低电平（L），在经过停机时间量的时间后，使信号LAD1为高电平（H）并输出PWM脉冲。

若比较仪（a）5的输出从低电平（L）变化为高电平（H），则比较仪控制器（a）6立即使信号UAD0为低电平（L），之后，根据PWM7的动作开始使信号UAD1为高电平（H）。

这样，若来自比较仪控制器（a）6的信号UAD1成为高电平（H），则NMOS晶体管T4导通，PMOS晶体管T2导通。另外，在该状态下，来自比较仪控制器（a）6的信号UAD0为低电平（L），NMOS晶体管T3截止，PMOS晶体管T1截止。

并且，在该状态下，对NMOS晶体管T5而言，从PWM7输出的信号LAD1为高电平（H），为导通状态，对NMOS晶体管T6而言，从PWM7输出的信号LAD0为低电平（L），为截止状态。

其结果，电机10的线圈10a的端部M＋侧经由PMOS晶体管T2和二极管11与驱动电源VDDH连接，电机10的线圈10a的端部M－侧经由NMOS晶体管T5与接地GND侧连接，在线圈10a中流动的电流的方向是与迄今为止相反的方向，在线圈10a中生成的磁力的磁极发生反转。由此，电机10继续顺方向的旋转。

如此这样，若电机10向顺方向旋转并旋转至规定的旋转角度，则从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋再次变化为低电平（L）、HALL－变化为高电平（H），比较仪（a）5的输出成为低电平（L），继续顺方向的旋转。

这样，在本实施方式中，切换电机10的线圈10a的端部M＋、M－而经由NMOS晶体管T3、T4对为了对电源电位VDDH（DC12.0V）进行连接控制而设置的上臂12所具备的PMOS晶体管T1、T2进行导通/截止控制，能够由用DC5.0V驱动的微型计算机的半导体装置1控制用DC12.0V驱动的电机10的驱动。

使用图2的时间图对这样的本实施方式的半导体装置1的动作进行说明。此外，在半导体装置1的起动时由CPU2使比较仪控制器（a）6起动，并且由比较仪控制器（a）6使比较仪（a）5起动。

在t1时刻，从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为低电平（L）、HALL－变化为高电平（H），比较仪（a）5的输出成为低电平（L）。

来自该比较仪（a）5的输出被输入至PWM7和比较仪控制器（a）6。若来自比较仪（a）5的输出从高电平（H）变化为低电平（L），则PWM7的动作状态成为停止状态，立即使信号LAD1为低电平（L），由CPU2设定停机时间并输入起动信号。比较仪控制器（a）6立即使信号UAD1为低电平（L）。

在t2时刻，PWM7的停机时间经过，PWM7成为动作状态，输出信号LAD0（PWM脉冲）。另外，若PWM7成为动作状态，则比较仪控制器（a）6使信号UAD0为高电平（H）。

这样，若从PWM7输出信号LAD0（PWM脉冲）、来自比较仪控制器（a）6的信号UAD0成为高电平（H），则如上所述，电机10向顺方向旋转。

在t3时刻，电机10向顺方向旋转并旋转至规定的旋转角度，从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为高电平（H）、HALL－变化为低电平（L），比较仪（a）5的输出成为高电平（H）。

来自该比较仪（a）5的输出（H）被输入至PWM7和比较仪控制器（a）6。若来自比较仪（a）5的输出从低电平（L）变化为高电平（H），则PWM7的动作状态成为停止状态，立即使信号LAD0为低电平（L），由CPU2设定停机时间并输入起动信号。比较仪控制器（a）6立即使信号UAD0为低电平（L）。

在t4时刻，PWM7的停机时间经过，PWM7使信号LAD1为高电平（H）并输出PWM脉冲，比较仪控制器（a）6使信号UAD1为高电平（H）。

这样，若从PWM7输出信号LAD1（PWM脉冲）、来自比较仪控制器（a）6的信号UAD1成为高电平（H），则如上所述那样，在电机10的线圈10a中流动的电流的方向发生变化，电机10继续顺方向的旋转。

在t5时刻，电机10继续顺方向的旋转并旋转至规定的旋转角度，从霍尔元件Hall输出的位置检测信号HALL＋变化为低电平（L）、HALL－变化为高电平（H），比较仪（a）5的输出成为低电平（L），成为与t1时刻相同的动作，在t6时刻成为t2时刻的动作，以下，反复相同的动作。

接下来，使用图3、图4以及图5对其他的本实施方式（第2实施例）进行说明。

图3所示的驱动机构20a构成为对图1所示的驱动机构20追加了电阻R3、R4以及电容器C1、并在半导体装置1内具备逻辑电路的比较仪控制器（b）8和模拟电路的比较仪（b）9。

关于除电阻R3、R4、电容器C1以及半导体装置1内的比较仪控制器（b）8与比较仪（b）9以外的构成，与图1中的驱动机构20相同，故省略其动作的说明。

电阻R4构成为被连接于NMOS晶体管T3～T6各自的源极与接地GND之间，并由电阻R3和电容器C1测定在电阻R4中流动的电流值，即在电机10中流动的电流值。

此外，比较仪控制器（b）8相当于本发明的紧急停止部，比较仪（b）9相当于本发明的过电流检测部。

在这样的构成中，由电阻R3和电容器C1测定的在电机10中流动的电流值被输入至比较仪（b）9。比较仪（b）9对输入的电流值（CS＿I）和预先设定的基准值进行比较，并在电机10中流过超过基准值的异常值的电流（过电流）的情况下，输出过电流检测信号。此外，这里电流值被转换为电压值后输入至比较仪（b）9，在比较仪（b）9中与基准电压进行比较。

比较仪控制器（b）8输入从比较仪（b）9输出的过电流检测信号，向PWM7和比较仪控制器（a）6输出紧急停止信号CS＿O，以使电机10的旋转紧急停止。

在本实施方式中，按照使线圈10a的两端短路（short）的方式输出控制PWM7和比较仪控制器（a）6的信号，以使比较仪控制器（b）8制止向电机10的线圈10a的通电，并且使蓄积在线圈10a中的电流回生。

例如，比较仪控制器（b）8向PWM7输出控制下臂13来使接地GND侧与线圈10a的连接切断的切断信号，另外，向比较仪控制器（a）6输出控制上臂12以使线圈10a的两端连接于驱动电源VDDH而短路的短路信号。

或者、比较仪控制器（b）8向比较仪控制器（a）6输出控制上臂12以使驱动电源VDDH与线圈10a的连接切断的切断信号，向PWM7输出控制下臂13以使接地GND侧与线圈10a的两端连接而短路的短路信号。

这样，通过立即抑制在电机10的旋转中途停止向电机10的通电时产生的反电动势，能够防止连接于电源（驱动电源VDDH）的元件超过耐压，能够防止损坏元件这一效果。

使用图4和图5的时间图对这样的本实施方式的半导体装置1a的动作进行说明。此外，在t1～t6时刻进行的动作与图2的说明相同，这里省略说明。

首先，使用图4对在上臂12侧使线圈10a的两端连接而短路的动作例进行说明。在图4的t7时刻，在比较仪（b）9中检测在电机10（线圈10a）中流动的过电流，比较仪（b）9输出过电流检测信号（H）。

若比较仪（b）9输出过电流检测信号（H），则比较仪控制器（b）8向PWM7输出紧急停止信号CS＿O，立即使PWM7的动作紧急停止。

若PWM7被从比较仪控制器（b）8输入了紧急停止信号CS＿O，则停止动作（PWM＿STAT成为低电平（L）），使输出信号LAD0、LAD1都为低电平（L）。

若PWM7紧急停止而PWM＿STAT成为低电平（L），并从PWM7向比较仪控制器（a）输入紧急停止信号，则比较仪控制器（a）7使输出信号UAD0、UAD1都为高电平（H）。

这样，若来自比较仪控制器（a）7的输出信号UAD0、UAD1都成为高电平（H），则图3中的NMOS晶体管T3、T4都导通，上臂12所具备的NMOS晶体管T1、T2都导通。另外，来自PWM7的输出信号LAD0、LAD1都为低电平（L），图3中的下臂13所具备的NMOS晶体管T5、T6都截止。

其结果，电机10的线圈10a的两端部M＋、M－经由PMOS晶体管T1、T2而被短路，蓄积在线圈10a中的电流回生。如此这样，能够无时滞地使电流回生来抑制反电动势。

接下来，使用图5对在下臂13侧使线圈10a的两端连接而短路的动作例进行说明。在图5的t7时刻，在比较仪（b）9中对在电机10（线圈10a）中流动的过电流进行检测，比较仪（b）9输出过电流检测信号（H）。

若比较仪（b）9输出过电流检测信号（H），则比较仪控制器（b）8向PWM7输出紧急停止信号CS＿O，立即使PWM7的动作紧急停止。

若PWM7被从比较仪控制器（b）8输入紧急停止信号CS＿O，则停止动作（PWM＿STAT成为低电平（L）），使输出信号LAD0、LAD1都为高电平（H）。

若PWM7紧急停止而PWM＿STAT成为低电平（L），并从PWM7向比较仪控制器（a）输入紧急停止信号，则比较仪控制器（a）7使输出信号UAD0、UAD1都为低电平（L）。

这样，若来自比较仪控制器（a）7的输出信号UAD0、UAD1都成为低电平（L），则图3中的NMOS晶体管T3、T4都截止，上臂12所具备的NMOS晶体管T1、T2都截止。另外，来自PWM7的输出信号LAD0、LAD1都为高电平（H），图3中的下臂13所具备的NMOS晶体管T5、T6都导通。

其结果，电机10的线圈10a的两端部M＋、M－经由NMOS晶体管T5、T6而被短路，蓄积在线圈10a中的电流回生。如此这样，能够无时滞地使电流回生来抑制反电动势。

此外，在图4和图5说明的紧急停止动作中，在PWM7紧急停止时，紧急停止标志成为高电平（H）。能够由CPU2进行寄存器写入来将紧急停止标志清零，在写入后恢复到通常状态。

接下来，使用图6对图1中的半导体装置1的本实施方式的电机驱动控制动作进行说明。比较仪（a）5基于霍尔元件Hall的输出对电机10所具备的旋转件的旋转位置的变化进行检测（步骤601）并输出检测信号（H／L）（步骤602）。

若来自比较仪（a）5的检测信号（H／L）被输出，则PWM7向下臂13输出基于检测信号（H／L）使连接于接地GND侧的线圈10a的端部进行切换的切换信号（LAD0、LAD1）（步骤603），比较仪控制器（a）6基于检测信号（H／L），对相当于本发明的第3切换电路的NMOS晶体管T3、T4输出在上臂12使连接在驱动电源VDDH的线圈10a的端部进行切换的切换信号（UAD0、UAD1）（步骤604）。

在本实施方式中，比较仪控制器（a）6经由NMOS晶体管T3、T4对上臂12所具备的PMOS晶体管T1、T2进行导通/截止控制。

从比较仪（a）5输出的检测信号（H／L）是微型计算机输出，根据本实施方式，能够由作为用DC5.0V驱动的微型计算机的半导体装置1控制用DC12.0V驱动的电机10的驱动。

此外，在上述步骤601～604的动作中，在从图3所示的比较仪（b）9输出过电流检测信号（H）的情况下，能够通过进行使用图4和图5说明的紧急停止动作使线圈10a的两端部M＋、M－短路来使蓄积在线圈10a中的电流回生并抑制反电动势。

以上，如使用各图说明的那样，在具备本实施方式的半导体装置1、1a的驱动机构20、20a中，能够由用DC5.0V驱动的单芯片微型计算机构成的半导体装置1、1a控制用DC12.0V驱动的电机10的驱动。

另外，在过电流在电机10中流过的情况下，从比较仪（b）9输入过电流检测信号（H），进行紧急停止动作，使线圈10a的两端部M＋、M－短路，从而能够使储存在线圈10a中的电流无时滞地回生，能够抑制反电动势，并避免元件受到反电动势的损坏。

此外，本发明并不局限于使用各图说明的实施方式例，能够在不脱离其要旨的范围内进行各种变更。例如，在本实施方式中，用DC5.0V驱动半导体装置1、1a，用DC12V驱动作为控制对象的电机10，但也可以用DC3.3V驱动导体装置1、1a，用DC24V驱动电机10。另外，在本实施方式中，电机10为单相无刷电机，但也可以使用3相无刷电机等。

Claims (11)

1.一种半导体装置，是对电机驱动装置进行控制的半导体装置，所述电机驱动装置具备切换连接于接地侧的电机所具备的线圈的端部的第1切换电路、与第1驱动电源连接并切换连接于所述第1驱动电源侧的所述线圈的端部的第2切换电路以及经由电阻与所述第1驱动电源连接的第3切换电路，

所述半导体装置的特征在于，具备：

位置检测部，其根据来自所述电机的位置检测信号，检测所述电机的旋转件的旋转位置的变化并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号；

第1切换部，其基于所述检测信号对所述第1切换电路输出使连接于所述接地侧的所述线圈的端部进行切换的接地切换信号；以及

第2切换部，其基于所述检测信号对所述第3切换电路输出连接切换信号，

所述第2切换电路根据向所述电阻与所述第3切换电路之间的连接节点的电源切换信号，来切换所述线圈的端部与所述第1驱动电源侧的连接，

控制所述第3切换电路的所述半导体装置与第2驱动电源连接，所述第2驱动电源的电压比所述第1驱动电源的电压低，

所述第1切换电路包括第1接地切换部，所述第1接地切换部在被输入了所述接地切换信号中的用于将在所述电机的线圈中流动的电流的方向切换为第1方向的第1接地切换信号的情况下，将与所述第1驱动电源连接的所述线圈的第1端部切换至接地，所述第1接地切换部包括第1MOS晶体管，

所述第2切换电路包括第1电源切换部，所述第1电源切换部在被输入了所述电源切换信号中的将所述电机的所述线圈中流动的电流切换为第1方向的第1电源切换信号的情况下，将接地连接的所述线圈的第1端部切换至所述第1驱动电源，所述第1电源切换部包括第2MOS晶体管，

所述第3切换电路包括对所述第1电源切换部提供所述第1电源切 换信号的第1信号输入部，所述第1信号输入部包括第3MOS晶体管，

所述第3MOS晶体管的漏极端子与所述第2MOS晶体管的栅极端子和所述电阻的第1端部连接，所述第3MOS晶体管的源极端子连接所述第1MOS晶体管的源极端子以及接地，所述第3MOS晶体管的栅极端子与所述连接切换信号中的第1连接切换信号连接。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，

第1切换电路还具备：

第2接地切换部，其在被输入了所述接地切换信号中的用于将电流的方向切换为与所述第1方向相反的第2方向的第2接地切换信号的情况下，将连接于所述第1驱动电源侧的所述线圈的另一端切换至接地侧，

所述第2切换电路还具备：

第2电源切换部，其在被输入了所述电源切换信号中的用于将电流的方向切换为与所述第1方向相反的第2方向的第2电源切换信号的情况下，将连接于接地侧的所述线圈的另一端切换至所述第1驱动电源侧，

所述第3切换电路具备：

第1信号输入部，其向所述第1电源切换部输入所述第1电源切换信号；和

第2信号输入部，其向所述第2电源切换部输入所述第2电源切换信号，

所述电机驱动装置交替地进行第一切换和第二切换，以切换在所述线圈中流动的电流的方向来驱动所述电机，

所述第一切换将所述线圈的端部的连接状态从第1驱动电源侧切换至接地侧并将所述线圈的另一端的连接状态从接地侧切换至第1驱动电源侧，

所述第二切换将所述线圈的端部的连接状态从接地侧切换至第1驱动电源侧并将所述线圈的另一端的连接状态从第1驱动电源侧切换至接地侧，

所述第1切换部检测所述电机的旋转位置的变化，并基于所述检测信号中的与在所述线圈中流动的电流向第1方向进行变化对应的第1检 测信号来向所述第1接地切换部输入所述第1接地切换信号，以使在所述线圈中流动的电流成为所述第1方向，并基于所述检测信号中的与向所述第2方向进行变化对应的第2检测信号来向所述第2接地切换部输入所述第2接地切换信号，以使在所述线圈中流动的电流成为所述第2方向，

所述第2切换部基于所述第1检测信号向所述第1信号输入部输入所述连接切换信号中的第1连接切换信号，以使在所述线圈中流动的电流成为所述第1方向，并基于所述第2检测信号向第2信号输入部输入所述连接切换信号中的第2连接切换信号，以使在所述线圈中流动的电流成为所述第2方向。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

使由所述第1切换部进行的所述接地切换信号的输出和由所述第2切换部进行的所述连接切换信号的输出在输出所述检测信号后推迟预先决定的时间。

4.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

使由所述第1切换部进行的所述接地切换信号的输出在输入所述检测信号后推迟预先决定的时间，

若所述第1切换部输出所述接地切换信号，则所述第2切换部输出所述连接切换信号。

5.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

所述第1切换部向所述第1切换电路输出脉冲调制信号亦即PWM信号作为所述接地切换信号。

6.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，具备：

过电流检测部，若在所述电机中流动的电流超过预先决定的值，则所述过电流检测部输出过电流检测信号；和

紧急停止部，其基于从所述过电流检测部输出的所述过电流检测信 号来使所述线圈的两端短路。

7.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，

所述紧急停止部向所述第1切换部输出切断信号，该切断信号控制所述第1切换电路来切断所述接地侧和所述线圈的连接，

所述紧急停止部向所述第2切换部输出短路信号，该短路信号控制所述第2切换电路使所述线圈的两端连接于所述驱动电源侧来使所述线圈的两端短路。

8.根据权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，

所述紧急停止部向所述第2切换部输出切断信号，该切断信号控制所述第2切换电路来切断所述第1驱动电源侧和所述线圈的连接，

所述紧急停止部向所述第1切换部输出短路信号，该短路信号控制所述第1切换电路使所述线圈的两端连接于所述接地侧来使所述线圈的两端短路。

9.根据权利要求1或者权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，

所述电机是无刷电机。

10.一种驱动机构，其特征在于，具备：

权利要求1至权利要求9中任意一项所述的半导体装置；

权利要求1或者权利要求2所述的电机驱动装置；

权利要求1或者权利要求2所述的第3切换电路；以及

权利要求1、权利要求2或者权利要求9所述的电机。

11.一种电机驱动控制方法，是半导体装置的电机驱动控制方法，所述半导体装置具备切换连接于接地侧的电机所具备的线圈的端部且包括至少一个第1MOS晶体管的第1切换电路、与第1驱动电源连接并切换连接于所述第1驱动电源侧的所述线圈的端部且包括至少一个第2MOS晶体管第2切换电路以及经由电阻与所述第1驱动电源连接且包括至少一个第3MOS晶体管的第3切换电路，

所述电机驱动控制方法的特征在于，包括：

根据来自所述电机的位置检测信号，检测所述电机的旋转件的旋转 位置的变化并输出与变化后的旋转位置对应的检测信号的步骤；

基于所述检测信号和同步信号，对所述第1切换电路输出使连接于所述接地侧的所述线圈的端部进行切换的接地切换信号的步骤；以及

基于所述检测信号对所述第3切换电路输出连接切换信号的步骤，

所述第2切换电路根据向所述电阻与所述第3切换电路之间的连接节点的电源切换信号，来切换所述线圈的端部与所述第1驱动电源侧的连接，

控制所述第3切换电路的所述半导体装置与第2驱动电源连接，所述第2驱动电源的电压比所述第1驱动电源的电压低，

所述第3MOS晶体管的漏极端子与所述第2MOS晶体管的栅极端子和所述电阻的第1端部连接，所述第3MOS晶体管的源极端子连接所述第1MOS晶体管的源极端子以及接地，所述第3MOS晶体管的栅极端子与所述连接切换信号中的第1连接切换信号连接。