JP2003219609A - Ｄｃモータ用のピン共用コントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータコントローラの電力ピンと信号ピンを
共用できるようにするための技法を提供すること。 【解決手段】 切替えは単に、モータの磁石が通過した
ときにホールセンサが検出する磁気切替えに従うだけで
あり、スイッチの代わりにダイオードか抵抗を使用す
る。パワートランジスタはダイオードか抵抗を介して電
圧レギュレータにそれぞれ接続され、回路にいかなるス
イッチも存在しない。同時切替えを回避するために、ゆ
っくり「オン」にし、素早く「オフ」にすることによ
り、一実施形態が設計される。低速「オン」は、ゲート
ドライブがゆっくり増加するような抵抗／キャパシタ
(ＲＣ)ディレイを使用することによって達成される。高
速「オフ」は、ＲＣディレイを迂回するＮチャネルトラ
ンジスタによってゲートキャパシタンスを放出すること
によって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータコントロー
ラに関し、より詳細には、ＤＣモータ用のモータコント
ローラの信号ピンと電力ピンの共用に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流(ＤＣ)モータは、電力を機械的な動
力に変換するために使用する最も初期の機械の１つであ
った。永久磁石（ＰＭ）は、２つの磁場の相互作用によ
り電気エネルギを機械エネルギに変換する。一方の磁場
は永久磁石アセンブリによって発生し、他方の磁場はモ
ータ巻線を流れる電流によって発生する。この２つの磁
場により、ＤＣモータのロータの回転に役立つトルクが
発生する。ロータが回転するにつれて、巻線の電流が転
流されて、連続トルク出力を発生する。永久磁石（Ｐ
Ｍ）モータはおそらく最も一般的に使用されるＤＣモー
タであるが、分巻磁場が永久に励磁されて永久磁石のよ
うに動作する、同様に作用する分巻などの他のタイプの
ＤＣモータも存在する。

【０００３】永久磁石モータでは、磁石の磁場に電機子
というワイヤのコイルが配置され、電流がそれを通過す
るときに回転するようになっている。磁場を移動するワ
イヤのコイルはコイルに電圧を誘導し、したがって、コ
イルに電圧を印加することによって発生した電流によ
り、電機子が回転し、電圧を発生する。

【０００４】電機子の動きによって誘導通圧に逆起電力
（ＥＭＦ）が発生し、それが印加電圧を打ち消す傾向が
あるので、電機子の両端間の実際の電圧は印加電圧と逆
起電力との差になる。逆起電力の値は、回転速度や磁石
の強さなどの要因によって決まる。また、印加電圧を増
すとモータが加速し、印加電圧を減らすとモータが減速
し、これがスピードアジャスタの基本機能であり、モー
タに印加する電圧を変化させるものであることも、明ら
かなはずである。

【０００５】ＤＣモータは通常、直流(ＤＣ)電源で動作
するが、「転流（commutation）」と呼ばれる処理でモ
ータ内のコイル間で電流を切り替えることによって、磁
場の変動が達成される。多くのＤＣモータはブラシ型で
あり、転流が組み込まれているので、モータが回転する
につれて、機械的ブラシによって自動的にロータのコイ
ルを転流する。従来技術では、様々な形態のＤＣモータ
のモータ速度制御が存在する。ＤＣモータの回転速度を
制御するための方法の１つは、モータ駆動電圧を制御す
ることである。例えば、電圧が高くなるほど、モータの
速度が高くなる。多くの応用例では、単純な電圧調整に
よって制御回路上で重大な電力損失が発生し、より効率
よくＤＣモータ制御を行うためにパルス幅変調（ＰＷ
Ｍ）が必要になる。ＰＷＭ技法は、モータへの動作電力
を交番させ、モータを「オン」「オフ」してモータへの
電流を変調することによって機能する。モータの速度を
決定するのは、「オフ」時間に対する「オン」時間の割
合である。所与の応用例では、モータの回転方向を変更
することが必要である。通常の永久磁石モータでは、負
の電源を正に切り替えるなど、動作電力の極性を変更す
ることによって回転を変更する。方向の変更は通常、リ
レーまたはＨブリッジ回路を使用して実施する。

【０００６】ブラシレスＤＣモータは、外部パワードラ
イブによってステータの固定巻線（一般に銅）の転流を
実行する。ステータの磁場が変化すると、永久磁石のロ
ータが回転する。ブラシレス永久磁石モータは通常、ト
ルク対重量に関しては最適な選択であるが、より高価な
ものでもある。

【０００７】電子転流のブラシレスＤＣモータシステム
は、電子工学、通信、および工業機器の応用例で使用す
るブロワおよびファン用のドライブとして使用する。様
々な応用例向けに広範な各種ブラシレスモータが存在す
る。ディスクドライブなどのように一定速度で回転する
ように設計されているものもあれば、ファンに使用する
モータのように印加電圧を変化させることによって速度
を制御するものもある。また、ブラシレスＤＣモータに
よっては、モータが回転するにつれてパルスを発生する
タコメータが組み込まれているものもある。商業環境の
ユーザは、低システムコストが優先事項であるときはブ
ラシ型ＤＣモータを選択し、最終要件がより高い場合に
はそれを満足するためにブラシレスモータを使用する。

【０００８】ＤＣモータおよびモータコントローラ用の
大容量の商業応用例は多数存在する。例えば、サイレン
ト「呼出し（ringing）」システムを提供するために使
用するセルラーホンのバイブモータシステムの市場は、
毎年３〜４億ユニットである。そのうえ、他の単純なモ
ータの市場はさらに４億／年である。したがって、コス
ト節約のわずかな増加であっても非常に重要である。

【０００９】セルホンの主要メーカの報告によれば、こ
のモータはセルラーホンで発生する重要な故障メカニズ
ムの１つである。このような故障は、ブラシ型モータ内
のブラシの接触の問題によって引き起こされる。このモ
ータは高速で動作し、それがブラシ上でストレスにな
り、より高価ではあるが、ブラシレスモータがより魅力
的なものになる。

【００１０】従来技術ではピン共用の例が多数ある。電
圧供給ピンと入力ピンを共用するという概念は、照明シ
ステムに関するものがあり(特許文献１)、電圧変換器も
開示されている(特許文献２)。また、ランプ故障表示装
置に関するものもあり(特許文献３)、その場合、２つの
ランプアレイの動作を検出する２つの検出器ネットワー
クから発生した制御信号が２つのダイオードを介して出
力アンプに供給される。

【００１１】ピン共用は、National Semiconductor、Al
legro Microsystems、Melexisなどの企業からも商業的
に用意されている。それらのデータシートは一般に、二
線式電流ループと通常呼ばれるものにおいて電圧供給と
出力を共用する方法を示している。この構成は当技術分
野では周知のものであり、図１に例示する。電圧源５は
ピン共用回路１０に接続し、装置１０に入る電流を感知
するために電流センサ１５が給電線に結合されている。
ピン共用のより一般的な例は、入力ワイヤと出力ワイヤ
の両方と電源電圧を共用する一般の電話であり、電話会
社のシステムと住宅用電話との間に交換システムが配置
されている。

【００１２】ピン共用の例はもう１つあり(特許文献
４)、この場合、電源ピンが存在しない。ホールプレー
トおよびホールアンプ用の電源電圧はスイッチを介して
「オフ」出力ピンから取る。複雑なデジタルコントロー
ラはＶddスイッチとパワーＦＥＴのゲートドライブとを
同期させて、連続したＶddを保証する。特許文献４のブ
ロック図には、２つの電圧レギュレータと、複雑な切替
えタイミング回路、高圧(４０Ｖ)トランスミッションゲ
ートなどを必要とする、この複雑な共用手法が示されて
いる。二相ブラシレスＤＣモータの全市場のごく一部で
ある、２Ｖまたは３Ｖなどの低電圧の応用例では、特許
文献４の複雑さの程度が高いことが唯一の有用な利点で
ある。

【００１３】さらに、モータ駆動回路とファン駆動回路
が開示されており(特許文献５)、ここでは、モータを駆
動している間に各コイルに発生した逆起電力によって電
源を提供せずにファン駆動回路を駆動することができ
る。スイッチングトランジスタを個々に「オン」「オ
フ」を切り替えて回転させ、各コイルで発生した逆起電
力によって引き起こされた電流は、レギュレータとして
動作可能なファン駆動回路トランジスタに入る。したが
って、それぞれのスイッチングトランジスタの各端子は
ファン駆動回路トランジスタに切替可能に接続する。マ
グネットセンサがロータマグネットを検出することと、
レギュレータがマグネットセンサに電力を供給すること
は、特許文献５には開示されていない。

【００１４】

【特許文献１】米国特許第３，７３５，３７８号明細書

【００１５】

【特許文献２】米国特許第５，２４７，２３９号明細書

【００１６】

【特許文献３】米国特許第３，７５３，３７８号明細書

【００１７】

【特許文献４】米国特許第６，３００，７３６号明細書

【００１８】

【特許文献５】特開平４−３１７５９８号公報

【００１９】

【非特許文献１】"DC Cooling Fan Controller IC Elim
inates Components and Failure Mechanisms", by Brad
Marshall and Ted Kawaji, International IC - China
Conference Proceedings, pages 320-327

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】費用効果が高く極度に
単純化されたピン共用の方式が必要とされている。この
ピン共用方式は、様々な設計に組み込むことができるよ
うに柔軟なものでなければならない。また、このような
方式は、現在の製造設計に組み込めるほどシンプルにな
るように、製造に関して実用的なものでなければならな
い。そのうえ、このピン共用は、製造設計のコストと複
雑さを逓減するものでなければならない。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の背景を考
慮してなされたものであり、一般的な目的は、モータコ
ントローラチップのコストを低減する装置および方法に
ある。本発明は、２つまたはそれ以上の機能間でピンを
共用するための改良された方式である。この場合、電圧
供給ピンと出力ピンを共用するが、電圧供給と入力また
は出力を共用する他の例も示されることになる。本発明
は、単純化され改良された方法を備えた特定の応用例に
焦点を合わせ、当業者に理解されている他の応用例およ
び分野に移し替えられる相当なコストを節約するもので
ある。

【００２２】他の目的は、ピンを共用するための、した
がって、１つのピンを削除するためのこの新規の低コス
ト高信頼性回路の提案を兼ね備えたブラシレスモータに
ある。１つのピンの削除により、コストの改善と信頼性
の改善ももたらされる。

【００２３】本発明の好ましい一実施形態では単純化し
たタイミングを使用し、その切替えは単に、モータの磁
石が通過したときにホールセンサが検出する磁気切替え
に従うだけである。いかなる遅延も追加されず、この回
路の非常に小さい伝搬遅延のみが存在する。

【００２４】本発明の一目的はスイッチの代わりにダイ
オードを使用するコントローラにあり、一対のパワート
ランジスタがそれぞれダイオードを介して電圧レギュレ
ータに接続され、いかなるスイッチも存在しない。一方
のパワートランジスタの出力端子の電圧がハイである場
合、そのパワートランジスタは電圧レギュレータに電気
的に接続される。他方のパワートランジスタの出力端子
の電圧がローである場合、そのパワートランジスタは電
圧レギュレータに電気的に接続されない。したがって、
２つのパワートランジスタは電圧レギュレータに電気的
に接続可能である。完全動作時に瞬間的に現れるように
両方の出力端子の電圧がどちらもハイになる「ハイ」状
態でも、パワートランジスタは電圧レギュレータに切替
可能に接続されるので、レギュレータは安定化した電圧
を磁気センサに供給することができる。

【００２５】本発明は、駆動回路内の固有の遅延を使用
して、両方のドライバの同時導通を回避する。すなわ
ち、両方のドライバが(「オン」から「オフ」および
「オフ」から「オン」に)切り替わると、導通している
ドライバは他方が導通する前に「オフ」になる。同時導
通は、同時に時計回り（ＣＷ）と反時計回り（ＣＣＷ）
の両方にモータを回転させようとすることにより、ノイ
ズを発生し、電力を浪費するので、望ましくないもので
ある。ゆっくり「オン」になり、素早く「オフ」になる
ようにドライバを設計することにより、一方のドライバ
から他方へ切り替わる際にＶ１とＶ２の両方が数マイク
ロ秒間ハイになり、それにより従来技術の問題が解消さ
れることが分かっている。低速「オン」は、ゲートドラ
イブがゆっくり増加するようなＲＣディレイを使用する
ことによって達成される。高速「オフ」は、ＲＣディレ
イを迂回するＮチャネルトランジスタによってゲートキ
ャパシタンスを放出することによって得られる。

【００２６】本発明の目的は、与えられた磁場に基づき
センサ出力信号を生成する磁気センサを備えた電圧源を
含む、ＤＣモータ用のピン共用コントローラを提供する
ことである。上記センサ出力に結合されて、第１の出力
ピンを介して電圧源に切替可能に結合する第１のトラン
ジスタと、センサ反転出力に結合されて、第２の出力ピ
ンを介して電圧源に切替可能に結合する第２のトランジ
スタを備える。電圧レギュレータは第１のダイオードと
第１の出力ピンに結合され、さらに第２のダイオードと
第２の出力ピンに結合され、電圧レギュレータは磁気セ
ンサに動作電圧を提供する。

【００２７】他の目的は、ピン共用コントローラを含
み、そのコントローラが３つのピンを有するパッケージ
を提供することである。また、これは、ホールプレート
とホールアンプである磁気センサも包含する。センサ反
転出力を提供する第２のトランジスタに結合されたイン
バータも存在することができる。トランジスタは電界効
果トランジスタにすることができる。ダイオードは、集
積されたダイオードとディスクリートのダイオードとを
含むグループから選択することができる。

【００２８】追加の目的はピン共用コントローラにあ
り、出力信号が「オフ」のときに第１のトランジスタは
第１の出力ピンに切替可能に接続する。そのうえ、出力
信号が「オフ」のときに第２のトランジスタは第２の出
力ピンに切替可能に接続する。さらに、第１のトランジ
スタと上記第２のトランジスタは第１および第２の出力
ピンのそれぞれに同時には接続されない。

【００２９】さらに他の目的は、第１および第２のトラ
ンジスタがゆっくり切り替えられるようにコントローラ
システムが抵抗／キャパシタ(ＲＣ)ディレイを含むこと
を含む。また、ＲＣディレイのトランジスタバイパスも
含む。

【００３０】本発明の目的は、電圧源と、与えられた磁
場に基づきセンサ出力信号を生成する磁気センサとを含
む、ＤＣモータ用のピン共用コントローラにある。第１
の出力ピンを介して電圧源に切替可能に結合するために
センサ出力に結合された第１のトランジスタを備え、第
２のトランジスタは、第２の出力ピンを介して電圧源に
切替可能に結合するためにセンサ反転出力に結合されて
いる。電圧レギュレータは第１の抵抗と第１の出力ピン
に結合され、さらに第２の抵抗と第２の出力ピンにも結
合され、電圧レギュレータは磁気センサに動作電圧を提
供する。

【００３１】さらに他の目的は、与えられた磁場に基づ
きセンサ出力信号を生成する磁気センサを備えた電圧源
を含み、第１の出力ピンを介して電圧源に切替可能に結
合するためにセンサ出力に結合された第１のトランジス
タを有する、ＤＣモータ用のピン共用コントローラにあ
る。第２の出力ピンを介して電圧源に切替可能に結合す
るためにセンサ反転出力に結合された第２のトランジス
タを備える。第１の電圧レギュレータは第１のダイオー
ドと第１の出力ピンに結合され、第２の電圧レギュレー
タは第２のダイオードと第２の出力ピンに結合されてい
る。

【００３２】他の目的、特徴、利点は、添付図面に関連
する説明から明らかである。

【００３３】本発明は添付図面に関連する以下の詳細な
説明により容易に理解されるが、添付図面では同様の参
照番号は同様の構造要素を示す。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態に関す
る上記の記述は例示および説明のために提示したもので
ある。網羅するかまたは開示した正確な形態に本発明を
限定するためのものではない。上記の教示を考慮して多
くの変更および変形が可能である。本発明の範囲はこの
詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろ特許
請求の範囲によって限定されるものとする。

【００３５】図２ａおよび図２ｂはUS79の応用例および
ブロック図を示しており、これは、先行設計から構成要
素を削除するのに役立つが、依然として複雑なデジタル
制御を必要とする従来技術の製品である。これらの図
は、ホールＩＣ５０と、３つの出力ピン６０およびモー
タステータコイル６５によって形成された同等のフィル
タとの回路相互接続を示している。電源電圧は切替え方
式を介して「オフ」出力ピンから提供されるので、いか
なる電源ピンも存在しない。コイルの直列抵抗分は、電
源電圧トランジェントまたは逆電源電圧時の障害電極電
流を制限する。コイル巻線の直列インダクタンスと寄生
容量は、外部ソースからのＥＳＤ（Electrostatic Disc
harge；静電放電）を減衰するためのフィルタを構成
し、ドライバトランジスタの誘導切替えによって発生す
るＲＦＩ（Radio Frequency Interference；無線周波妨
害）を減衰する。

【００３６】本質的に、デジタルコントローラ８５は、
Ｖddスイッチ９０ととともに機能して出力ピン６０のう
ちのどのピンが「オフ」であるかを見つけ出し、そのピ
ンが回路５０用の電圧供給ピンとして機能できるように
する。

【００３７】ホールプレート７５とホールアンプ７０は
「チョッピング」され、温度が安定して高感度のラッチ
を提供する。チョッピングにより、ホールプレート７５
およびアンプ７０のオフセットによって発生するエラー
が除去される。チョッピングは、ホールプレートオフセ
ットエラーとアンプオフセットエラーをサンプル／ホー
ルド回路で測定し、それを同じエラー電圧の逆位相バー
ジョンでキャンセルする処理である。スルーレート制御
部８０を使用して、高圧切替えトランジェントとＲＦＩ
放出を防止する。これにより、過度の電力損失と、出力
にキャパシタを設ける必要性が解消される。デジタルコ
ントローラ８５とともにアンチクロスオーバ論理回路を
使用して、両方のドライバが同時にオンになるのを防止
する。過電圧条件からの保護は、電源電圧トランジェン
ト、切替えトランジェント、逆起電力を放散させること
ができるツェナーダイオードによって達成される。US79
に関してはさらに、非特許文献１およびUS79データシー
トに記載されている。

【００３８】図３ａは、特許文献４から得られるUS79
ＣＭＯＳパワーホールＩＣをさらに例示するものであ
る。特許文献４は、クロック／タイミング発生器制御回
路１０５を含むデジタルコントローラを必要とする複雑
なタイミング動作および切替え制御を示している。この
複雑なシーケンスを使用して「メークビフォアブレー
ク」切替えを行い、両方のドライバが同時には「オン」
にならないように保証し、レギュレータへの電圧の「グ
リッチ」を回避してきた。同時導通は、同時に時計回り
(ＣＷ)と反時計回り(ＣＣＷ)の両方にモータを回転させ
ようとすることにより、ノイズを発生し、電力を浪費す
るので、好ましくないものである。

【００３９】コイル６５はパワートランジスタ９５によ
って駆動され、パワートランジスタ９５の切替えは制御
回路１０５を介して行われる。スイッチＳ１およびＳ２
が同時には同じ状態にならないように切替えを制御する
ことが重要である。ホールプレート７５およびホールア
ンプ７０は、与えられた磁場に応じてアンプ７０の出力
が定義された２通りの状態間で切り替わるような磁気感
知装置として構成される。この磁場は、次の閾値と交差
するまで、ある状態をラッチするようにホールアンプ７
０をトリガする閾値レベルの間で変動する。

【００４０】制御回路は、アンプ７０の出力状態をモニ
タし、それに対応して出力ピン６０を電圧レギュレータ
に接続したり切断したりするスイッチを切り替える、タ
イミング信号を発生する。所与の時点では、ピン６０の
１つだけが電圧レギュレータに接続されるようにスイッ
チが制御される。例えば、出力ピン６０の電圧が「ハ
イ」である場合、これはそれぞれのパワートランジスタ
が「オフ」のときに発生するが、電圧レギュレータはそ
の回路に電源電圧を供給する。パワートランジスタとス
イッチの切替えのタイミングは、この回路が機能するよ
うに正確に調整する必要があり、これについては図３ｂ
のタイミング図に詳細に示されている。

【００４１】このタイミング図は、磁気切替え、Ｖout
1，Ｖout2，Ｓ２，Ｓ１の間の関係を示している。時間
間隔１，２，３，４は、Ｓ１とＳ２が同時に同じ状態で
接続されることはないが、切替えのタイミングと制御が
重大であることを示している。応答において切替えエラ
ーまたはスイッチ劣化が発生する余地はほとんどない。

【００４２】従来技術の切替えプロセスのステップは以
下の通りである。

【００４３】１．Ｔ１で、磁気回路が磁場を検出し、Ou
t 2をオフにし、Ｖ１とＶ２の両方がハイになる。

【００４４】２．Ｔ２で、Ｓ−２がレギュレータへの電
圧Ｖ２の印加を閉じて、電圧レギュレータが連続供給を
確保することを保証する。

【００４５】３．Ｔ３で、Ｓ−１が開いて、Ｖ２がＶre
gに供給され、Ｖ１がターンオンに備えて切断され、約
０ボルトになる。

【００４６】４．Ｔ４で、Ｔ１−Ｔ２，Ｔ２−Ｔ３，Ｔ
３−Ｔ４の遅延に続いて、Out 1がオンになる。

【００４７】図４ａおよび図５ａは本発明の実施形態を
示し、図４ｂ、図５ｂは簡略タイミングを示すが、その
切替えは単に、モータの磁石が通過したときにホールセ
ンサが検出した磁気切替えに従うだけである。いかなる
遅延も追加されず、この回路の非常に小さい伝搬遅延の
みが存在する。機能している間、駆動回路内の固有の遅
延を組み込んで両方のドライバ９５，９６の同時導通を
回避することにより、図３ａの従来技術の複雑で高価な
切替えシーケンスが解消される。すなわち、両方のドラ
イバが(「オン」から「オフ」および「オフ」から「オ
ン」に)切り替わると、導通しているドライバは他方が
導通する前に「オフ」になる。

【００４８】図４ａを参照すると、一対のダイオード２
００とインバータ２０５が従来技術の複雑な制御回路に
取って代わり、「オフ」相を電源に結合する。図３ａの
回路ではＣＭＯＳスイッチによって「オフ」相がレギュ
レータに接続されるのに対し、本発明ではシンプルなダ
イオード切替え方式を使用する。ダイオード２００は、
応用例に応じて、集積型またはディスクリートタイプに
することができる。前述の通り、ホール回路は、コンパ
レータ１００からパワートランジスタ９５，９６への出
力である磁気信号の閾値に関する信号を発生する。コン
パレータ１００は、それがパワートランジスタ９５，９
６をトリガするように、その信号を調節する。一方のパ
ワートランジスタ９５は１つのインバータ２０５を有す
るので、コンパレータ１００の出力により所与の瞬間に
動作するのは１つのパワートランジスタのみである。パ
ワートランジスタ９５，９６のどちらが「オフ」である
かに応じて、電圧源はそれぞれのダイオード２００を介
して単一の電圧レギュレータ９７に結合し、他方のパワ
ートランジスタ９５，９６はＤＣモータのコイル６５に
信号を送る。所与の時点では１つのパワートランジスタ
９５，９６のみが「オフ」になり、それにより、回路に
一定の電源電圧が供給される。

【００４９】図４ｂのタイミング図は大幅に簡略化され
ており、従来技術の「ブレークビフォアメーク」方式は
もはや不要である。t０で、磁気信号は「ハイ」にな
り、パワートランジスタ９６は「オン」になり、Ｖout-
2は「ハイ」になり、コイル６５に電圧を供給する。パ
ワートランジスタ９５は「オフ」になり、電圧源は電圧
レギュレータ９７に結合される。t１で、ホールプレー
ト７５が感知した磁場の遷移によって磁気信号が「ハ
イ」から「ロー」に変化する。コンパレータ１００は磁
気信号に従い、「ハイ」から「ロー」に変化する。パワ
ートランジスタ９６は「オフ」になり、Ｖout-２は「ハ
イ」から「ロー」になる。インバータ２０５は「ハイ」
信号をパワートランジスタ９５に供給し、Ｖout-1に
「ハイ」信号を発生させる。以前、Ｖout-1により電圧
レギュレータ９７に供給された電源電圧は、この場合、
Ｖout-2により供給される。時間t２では、切替えが同じ
ように続けられる。

【００５０】回路の諸機能に応じて、２つのレギュレー
タを使用するバージョンも使用できるが、それに対応し
てコストも増加する。このような実施形態は図５ａに示
されており、タイミング図は図５ｂに示されている。こ
の実施形態のダイオードの方式は、各ダイオードｄ１お
よびｄ２がそれぞれの電圧レギュレータ２５０，２５５
に接続された状態で表示されている。ダイオード方式に
よって表示されているが、２つの電圧レギュレータ２５
０，２５５を有する抵抗方式も本発明の範囲内であり、
上記で詳述したのと同様に機能することは容易に明確な
はずである。

【００５１】同様に、図６ａおよび図６ｂは従来技術の
簡略実施形態を示し、図４ａのダイオードが抵抗２２５
に取って代わられている。ホール素子７０，７５は前述
の通りに機能し、ラッチ出力はパワートランジスタ９
５，９６の一方を「オフ」させるように動作し、これに
より、電圧供給を単一の電圧レギュレータ９７に接続す
る。

【００５２】ＲＣ切替えについて、さらに図７ａに示す
が、図７ａは抵抗３０５とキャパシタ３１０によって形
成されたＲＣディレイにドライバ３００がＶinを供給す
ることをブロック図で示している。この実施形態のＲＣ
ディレイは等しく、遅延効果についてはＴonおよびＴof
fによって図７ｂに示す。Ｖinが「ハイ」から「ロー」
になると、Ｖoutが「ロー」から「ハイ」に遷移し、そ
れに対応する遅延が発生する。

【００５３】バイパスを取り入れた、もう１つの実施形
態を図８ａに示す。ゆっくり「オン」になり、素早く
「オフ」になるように各パワートランジスタ３１５に応
じてドライバ３００を設計することにより、一方のドラ
イバ３００から他方への切替え中に、数マイクロ秒の
間、Ｖout1とＶout２の両方がハイになることが分か
る。低速「オン」は、ゲートドライブがゆっくり増加す
るようなＲＣディレイを使用することによって達成され
る。高速「オフ」は、キャパシタ３１０を短絡するスイ
ッチ３５０として動作するＮチャネルトランジスタによ
ってゲートキャパシタンスを放出することによって得ら
れる。図８ｂに示すように、Ｔonの遅延曲線は、Ｔoff
のシャープな応答によって大幅に減少する。

【００５４】抵抗値は重要ではなく、可能な範囲は１ｋ
から５０ｋΩ(または電流源)を含むことに留意された
い。例示のため、抵抗は１０ｋΩであると想定する。Ｒ
ＣディレイのキャパシタンスはＦＥＴへの入力における
ゲートキャパシタンスであり、約２０ｐＦである可能性
がある。低速「オン」はゲートキャパシタンスと直列の
抵抗によるが、高速「オフ」はゲート接地して抵抗なし
で放出するためのトランジスタである。

【００５５】好ましい実施形態には、単一の電圧レギュ
レータがあり、いかなるタイミング回路も使用しておら
ず、高圧トランスミッションゲートが削除されており、
したがって、チップ面積の約２０%が節約される。より
低電圧で動作するようにショットキーダイオードを使用
することができる。本明細書に記載するように、タイミ
ング回路は、実際には適切な動作を得るためには不要で
あるが、ノイズの低下または電力損失の低減を可能にす
るものであるが、コストは相当増加する。

【００５６】要約すると、本発明は、従来技術で使用す
る複雑なタイミング回路と関連のデジタル回路を解消す
るものである。従来技術で使用するディレイにより、同
時導通と電源電圧の瞬間的な損失を防止するために使用
する、不要なディレイと複雑さがもたらされる。図４
ａ、図５ａ、図６ａ、図７ａ、図８ａに示す本発明の改
良された回路および変形例では、オンチップデジタルコ
ントローラに取って代わるようにダイオードまたは抵抗
を使用して、「オフ」相を電源に結合する。従来技術と
比較して顕著な属性の１つは、切替え機能の制御のため
にダイオード／抵抗を使用することである。

【００５７】上記の説明では、本発明の構造および機能
の詳細とともに多数の特徴および利点が示されており、
その新規の特徴の一部は特許請求の範囲で指摘されてい
る。しかし、開示内容は例証にすぎず、本発明の原理の
範囲内で、特許請求の範囲を表現する用語の広く一般的
な意味が示す範囲の限り、配置および詳細について変更
を加えることができる。例えば、様々な固定部材のねじ
の説明は、当技術分野で既知の他の部材で置き換えるこ
とができる。本発明の目的および利点は、特許請求の範
囲で特に指摘した手段および組合せにより、さらに実現
し達成することができる。したがって、図面および説明
は制限的なものではなく、本質的に例示と見なすべきも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】二線式電流ループにおいて出力と電圧源を共用
する従来技術の方法を示す図である。

【図２ａ】従来技術の回路US79の応用例のブロック図で
ある。

【図２ｂ】従来技術のUS79回路の概略図である。

【図３ａ】US79回路の切替えおよび制御メカニズムの詳
細図である。

【図３ｂ】US79回路のタイミング図である。

【図４ａ】従来技術のデジタルコントローラに取って代
わるダイオードを示す簡略回路図である。

【図４ｂ】ダイオードの実施例に関する簡略タイミング
図である。

【図５ａ】従来技術のデジタルコントローラに取って代
わる抵抗を示す簡略回路図である。

【図５ｂ】抵抗の実施例に関する簡略タイミング図であ
る。

【図６ａ】従来技術のデジタルコントローラに取って代
わり、２つの電圧レギュレータを有するダイオードを備
えた回路図である。

【図６ｂ】ダイオードの実施例に関する簡略タイミング
図である。

【図７ａ】ＲＣ時間遅延を使用して達成したタイミング
を示す概略図である。

【図７ｂ】ＲＣ切替えに関するタイミング図である。

【図８ａ】ＲＣ時間遅延を使用して達成したタイミング
を示し、バイパストランジスタスイッチを含む概略図で
ある。

【図８ｂ】ターンオフ中に短絡したキャパシタによるＲ
Ｃ時間遅延に関するタイミング図である。

【符号の説明】

６０ 出力ピン ６５ モータコイル ７０ ホールアンプ ７５ ホールプレート ９５ パワートランジスタ ９６ パワートランジスタ ９７ 電圧レギュレータ １００ コンパレータ ２００ ダイオード ２０５ インバータ

フロントページの続き (72)発明者 マーク イー．コリンズ アメリカ合衆国 03303 ニューハンプシ ャー州 ウェブスター クラフ−サンボー ン ヒル ロード 100 Ｆターム(参考） 5H611 BB01 TT01

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＤＣモータ用のピン共用コントローラで
   あって、 電圧源と、 与えられた磁場に基づきセンサ出力信号を生成する磁気
   センサと、 前記センサ出力に結合され、第１の出力ピンを介して前
   記電圧源に切替可能に結合する第１のトランジスタと、 センサ反転出力に結合され、第２の出力ピンを介して前
   記電圧源に切替可能に結合する第２のトランジスタと、 第１のダイオードと前記第１の出力ピンに結合され、か
   つ第２のダイオードと前記第２の出力ピンに結合されて
   いて、前記磁気センサに動作電圧を提供する電圧レギュ
   レータとを含むことを特徴とするピン共用コントロー
   ラ。
2. 【請求項２】 前記コントローラは、３つのピンを有す
   るパッケージであることを特徴とする請求項１に記載の
   ピン共用コントローラ。
3. 【請求項３】 前記磁気センサは、ホールプレートとホ
   ールアンプとを含むことを特徴とする請求項１に記載の
   ピン共用コントローラ。
4. 【請求項４】 前記センサ反転出力を提供する前記第２
   のトランジスタに結合されたインバータをさらに含むこ
   とを特徴とする請求項１に記載のピン共用コントロー
   ラ。
5. 【請求項５】 第１および第２のトランジスタは電界効
   果トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載
   のピン共用コントローラ。
6. 【請求項６】 前記第１および第２のダイオードは、集
   積されたダイオードとディスクリートのダイオードとを
   含むグループから選択されることを特徴とする請求項１
   に記載のピン共用コントローラ。
7. 【請求項７】 前記出力信号が「オフ」のときに、前記
   第１のトランジスタが前記第１の出力ピンに切替可能に
   接続されることを特徴とする請求項１に記載のピン共用
   コントローラ。
8. 【請求項８】 前記出力信号が「オフ」のときに、前記
   第２のトランジスタが前記第２の出力ピンに切替可能に
   接続されることを特徴とする請求項１に記載のピン共用
   コントローラ。
9. 【請求項９】 前記第１のトランジスタおよび前記第２
   のトランジスタは、前記第１および第２の出力ピンのそ
   れぞれに同時には接続されないことを特徴とする請求項
   １に記載のピン共用コントローラ。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２のトランジスタが
    ゆっくり切り替えられるように抵抗／キャパシタ(ＲＣ)
    ディレイをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載
    のピン共用コントローラ。
11. 【請求項１１】 前記ＲＣディレイのトランジスタバイ
    パスをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の
    ピン共用コントローラ。
12. 【請求項１２】 ＤＣモータ用のピン共用コントローラ
    であって、 電圧源と、 与えられた磁場に基づきセンサ出力信号を生成する磁気
    センサと、 前記センサ出力に結合され、第１の出力ピンを介して前
    記電圧源に切替可能に結合する第１のトランジスタと、 センサ反転出力に結合され、第２の出力ピンを介して前
    記電圧源に切替可能に結合する第２のトランジスタと、 第１の抵抗と前記第１の出力ピンに結合され、かつ第２
    の抵抗と前記第２の出力ピンに結合されていて、前記磁
    気センサに動作電圧を提供する電圧レギュレータとを含
    むことを特徴とするピン共用コントローラ。
13. 【請求項１３】 前記コントローラは、３つのピンを有
    するパッケージであることを特徴とする請求項１２に記
    載のピン共用コントローラ。
14. 【請求項１４】 前記磁気センサはホールプレートとホ
    ールアンプを含むことを特徴とする請求項１２に記載の
    ピン共用コントローラ。
15. 【請求項１５】 前記センサ反転出力を提供する前記第
    ２のトランジスタに結合されたインバータをさらに含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載のピン共用コントロ
    ーラ。
16. 【請求項１６】 前記第１および第２のトランジスタが
    ゆっくり切り替えられるように、前記第１および第２の
    抵抗が選択されてＲＣディレイを提供することを特徴と
    する請求項１２に記載のピン共用コントローラ。
17. 【請求項１７】 前記ＲＣディレイのトランジスタバイ
    パスをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の
    ピン共用コントローラ。
18. 【請求項１８】 前記出力信号が「オフ」のときに、前
    記第１のトランジスタが前記第１の出力ピンに切替可能
    に接続されることを特徴とする請求項１２に記載のピン
    共用コントローラ。
19. 【請求項１９】 前記出力信号が「オフ」のときに、前
    記第２のトランジスタが前記第２の出力ピンに切替可能
    に接続されることを特徴とする請求項１２に記載のピン
    共用コントローラ。
20. 【請求項２０】 前記第１のトランジスタおよび前記第
    ２のトランジスタは、前記第１および第２の出力ピンの
    それぞれに同時には接続されないことを特徴とする請求
    項１２に記載のピン共用コントローラ。
21. 【請求項２１】 ＤＣモータ用のピン共用コントローラ
    であって、 電圧源と、 与えられた磁場に基づきセンサ出力信号を生成する磁気
    センサと、 前記センサ出力に結合され、第１の出力ピンを介して前
    記電圧源に切替可能に結合する第１のトランジスタと、 センサ反転出力に結合され、第２の出力ピンを介して前
    記電圧源に切替可能に結合する第２のトランジスタと、 第１のダイオードと前記第１の出力ピンに結合された第
    １の電圧レギュレータと、 第２のダイオードと前記第２の出力ピンに結合された第
    ２の電圧レギュレータとを含むことを特徴とするピン共
    用コントローラ。
22. 【請求項２２】 前記磁気センサはホールプレートとホ
    ールアンプを含むことを特徴とする請求項２１に記載の
    ピン共用コントローラ。