JP2005229683A - ステッピングモータの駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】強制Charge区間内または直前でコイル電流が設定電流に達しても電流リップルを小さく制御する。
【解決手段】コイルを流れるコイル電流と設定電流との大小を比較する比較回路と、比較回路の比較結果をオンの場合に無効としオフの場合に有効とするマスク回路と、比較回路の比較結果に基づいて、コイル電流を増加する第1モードを実行するとともに、マスク回路がオンすることにより所定周期の所定期間に第1モードを実行し、さらに比較回路の比較結果がコイル電流が設定電流より大であることを示す場合にコイル電流を減衰する第2モードと第2モードより高速で減衰する第3モードとを選択的に実行する制御回路とを、有するステッピングモータの駆動制御装置であって、制御回路は、所定期間直前においてマスク回路がオフの場合に所定期間内もマスク回路をオフとし比較回路の比較結果に基づいて第1モード、第2モード、第3モードを選択的に実行する。
【選択図】 図3
【解決手段】コイルを流れるコイル電流と設定電流との大小を比較する比較回路と、比較回路の比較結果をオンの場合に無効としオフの場合に有効とするマスク回路と、比較回路の比較結果に基づいて、コイル電流を増加する第1モードを実行するとともに、マスク回路がオンすることにより所定周期の所定期間に第1モードを実行し、さらに比較回路の比較結果がコイル電流が設定電流より大であることを示す場合にコイル電流を減衰する第2モードと第2モードより高速で減衰する第3モードとを選択的に実行する制御回路とを、有するステッピングモータの駆動制御装置であって、制御回路は、所定期間直前においてマスク回路がオフの場合に所定期間内もマスク回路をオフとし比較回路の比較結果に基づいて第1モード、第2モード、第3モードを選択的に実行する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、ステッピングモータの駆動制御装置に関する。
プリンタやスキャナなどに用いられているモータにはステッピングモータが使われており、そのステッピングモータの駆動は、例えばHブリッジ回路に接続されたコイルに流れる電流(以下コイル電流と称す)によって制御されている。なお、コイル電流の増加や減少は、Hブリッジ回路内のコイル電流供給用のトランジスタがオンまたはオフすることにより制御されている。
一方、コイルはインダクタンス性の負荷であるため、電流供給用のトランジスタがオンまたはオフしても直ちに電流が所定の値にならず、ある時定数をもって変化する。そのため、コイル電流にはリップル成分(電流リップル)が発生する。
一方、コイルはインダクタンス性の負荷であるため、電流供給用のトランジスタがオンまたはオフしても直ちに電流が所定の値にならず、ある時定数をもって変化する。そのため、コイル電流にはリップル成分(電流リップル)が発生する。
ところで、ステッピングモータの静音化方法として、図7に示すようにコイル電流を細かく切り揃えて疑似正弦波を作るマイクロステップ駆動が知られている。ステッピングモータは、この疑似正弦波における階段状に変化している部分の平らな部分を設定電流として、設定電流の変化に伴いコイル電流が設定電流となるように制御を行っている。そのためマイクロステップ駆動で、理想的なモータの駆動を行うためには、必要な電流まで駆動電流を変化させる可変能力(可変電流制御)と共に、必要な電流に到達した後のコイル電流の安定性(定電流制御)が必要である。
そこで、前述した電流リップルも考慮して、コイル電流をこの疑似正弦波電流に近づけるべく、基準クロックCLKを設け、その基準クロックCLKに同期してコイル電流の増加(Charge)または減衰(Decay)を繰り返す電流制御方法が行われている(例えば、特許文献1参照)。なお、同図に示すように疑似正弦波形には、設定電流が増加する増加領域と減少する減少領域とが存在する。また、図中の領域Aと領域Bではコイルに流れる電流の向きが逆となっている。
ここで、コイルに流れる電流の増加または減衰による動作モードについて図を用いて説明する。
図8にHブリッジ回路60に負荷として接続されたコイルLに流れる電流の制御について説明するための図を示す。
図8にHブリッジ回路60に負荷として接続されたコイルLに流れる電流の制御について説明するための図を示す。
スイッチング素子Q1〜Q4は、例えばそれぞれNチャンネル型MOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタと称す)を用いることができる。電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ1と接地側のNMOSトランジスタQ2が直列に接続され、また電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ3と接地側のNMOSトランジスタQ4が直列に接続されている。NMOSトランジスタQ1とQ3のドレインは電源(Vbb)に接続されており、NMOSトランジスタQ2とQ4のソースは電流検出用抵抗Rdecを介して接地されている。そして、NMOSトランジスタQ1のソースとQ2のドレインとの間にコイルLの一端が接続され、NMOSトランジスタQ3のソースとQ4のドレインとの間にコイルLの他端が接続されている。
後述する制御ロジック部20によって、NMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン、オフの状態は制御されており、このNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン、オフの状態が変化することで、コイルLに供給される電流量が階段状に変化する擬似的正弦波電流を流すことが可能となる。コイルLに流れる電流を制御するには通常3つの動作モードがあり、それらをの各モードを組み合わせて制御を行っている。
なお、領域Aと領域Bでは、Hブリッジ回路を構成するトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のうち、オンするトランジスタがHブリッジ回路の左右において異なりコイル電流は逆方向となる。
例えば、領域AにおいてのChargeでは、Q1、Q4がオンすることで図8のCharge方向の電流が流れる。一方領域BでのChargeでは、Q3、Q2がオンすることで図8の点線方向に電流が流れる。以下、便宜上領域Aについての動作モードについて説明する。
例えば、領域AにおいてのChargeでは、Q1、Q4がオンすることで図8のCharge方向の電流が流れる。一方領域BでのChargeでは、Q3、Q2がオンすることで図8の点線方向に電流が流れる。以下、便宜上領域Aについての動作モードについて説明する。
図9にコイルLに流れる電流を制御する3つのモードを説明するためのタイミング波形図を示す。
以下、3つのモードについて図8及び図9を参照しながら説明する。
図9のコイル電流が増加している領域を電源印加モード(以下Chargeモード)と呼ぶ。Chargeモードでは電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ1と接地側のNMOSトランジスタQ4がオンとなり、電源VbbからコイルLに、図8に示す矢印のような電流が流れるため、コイルLに流れる電流は増加する。
図9のコイル電流が増加している領域を電源印加モード(以下Chargeモード)と呼ぶ。Chargeモードでは電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ1と接地側のNMOSトランジスタQ4がオンとなり、電源VbbからコイルLに、図8に示す矢印のような電流が流れるため、コイルLに流れる電流は増加する。
次に、コイルLに流れる電流が緩やかに減少している領域を低速減衰モード(Slow Decayモード:以下Slow減衰モード)と呼ぶ。Slow減衰モードでは接地側のNMOSトランジスタQ2とQ4がオンとなり、図8に示すようにコイルLとの間で電流を回生させている。この場合、前述のChargeモードでコイルLに生じた逆起電力を電源とするが、NMOSトランジスタQ2及びQ4のオン抵抗は小さいので電流損失は小さくコイル電流は緩やかに減少していく。
また、コイルLに流れる電流がSlow減衰モードより急な傾きで減少している領域を高速減衰モード(Fast Decayモード:以下Fast減衰モード)と呼ぶ。Fast減衰モードでは、電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ3と接地側のNMOSトランジスタQ2がオンとなり、図8に示すように逆起電圧が生じているコイルLから電源Vbbへ電流を戻す。よってコイル電流はSlow減衰モードと比べて急激に減少する。
以上の3つのモードをコイル電流と設定電流の大小の比較結果に基づきChargeモード、Slow減衰モード、Fast減衰モードと選択的に実行することで、コイル電流を定電流に制御している。
なお、モード切り換え過程において例えばFast減衰モードでNMOSトランジスタQ3の寄生ダイオード(不図示)に順方向の電流が流れている状態で、Chargeモードに切り換えが行われる際、NMOSトランジスタQ1、Q4がオンすると、NMOSトランジスタQ3の寄生ダイオード(不図示)には一瞬、逆方向の電圧が印加され逆方向の電流が流れる。この寄生ダイオードに流れる逆方向の電流のことをリカバリー電流と呼ぶ。
リカバリー電流が電流検出用抵抗Rdecに一瞬流れることによって、コイル電流が設定電流に達したと誤検出される可能性がある。その場合例えばコイル電流が設定電流に達していないにもかかわらずChargeモードから減衰モードに切り換えが行われるなどの不具合が発生する。そのため誤検出を除く対策として、図9に示すように基準CLKの立ち上がりからの一定時間(Ta及びTa’)、コイル電流と設定電流との比較結果を無効とした強制Charge区間を設けている。強制Charge区間では、設定電流とコイル電流との大小に関係なく、常にChargeモードとなる。
この強制Charge区間においてコイル電流と設定電流との比較結果を無効とするために、制御ロジック部20は後述するマスク30を有している。制御ロジック部20は、マスク30がオンの状態ではコイル電流と設定電流との比較結果が反映されずに基準クロックCLKに応じた所定のChargeモードまたは減衰モードを実行し、マスク30がオフの状態では、コイル電流と設定電流との大小を示す比較結果に基づいたモードを選択的に実行する。
例えば、図9に示す強制Charge区間(Ta)では、マスク30がオンとなり、制御ロジック部20はコイル電流と設定電流との比較結果に関わらずChargeモードを行う。そして強制Charge区間終了後、マスク30がオフとなり、コイル電流と設定電流との大小を示す比較結果に基づいたモードを行う。同図の場合コイル電流が設定電流より小さいので、コイル電流が設定電流に到達するように、引き続きChargeモードを行う。そして、コイル電流が設定電流に達すると再びマスク30がオンとなり、コイル電流と設定電流との大小に関わらず、Slow減衰モードを行い、さらに基準クロックCLKのTbの区間でFast減衰モードを行う。基準クロックCLKの一周期内でコイル電流が設定電流に達しない場合には、Chrageモードを継続する。
次の基準クロックCLKの立ち上がりには、再び強制Charge区間(Ta’)となる。強制Charge区間(Ta’)終了後にマスク30がオフとなり、コイル電流と設定電流との大小の比較結果に基づいたモードを行い、コイル電流が設定電流に達するとマスク30がオンとなりSlow減衰モード、Fast減衰モードを行う。この強制Charge区間(Ta、Ta’)及びFast減衰区間(Tb)は、例えば基準クロックCLKの周期の1/8と予め設定されている。
特開平9−219995号公報
図10に従来のステッピングモータのタイムチャートの一例を示す。同図は、例えばマイクロステップ駆動の疑似正弦波形において、設定電流が増加した場合のタイムチャートである。
従来のコイル電流制御では、同図に示すように、強制Charge区間(Ta)終了後、コイル電流と設定電流との大小を示す比較結果に基づいてChargeモードを実行し、次の強制Charge区間(Ta’)またはその直前でコイル電流が設定電流に達する場合においても、マスク30がオンとなり、そのままChargeモードが実行される。
よって、強制Charge区間(Ta’)またはその直前でコイル電流が設定電流に達しているにもかかわらず、Chargeモードが実行され、電流リップルが大きくなるという問題があった。
従来のコイル電流制御では、同図に示すように、強制Charge区間(Ta)終了後、コイル電流と設定電流との大小を示す比較結果に基づいてChargeモードを実行し、次の強制Charge区間(Ta’)またはその直前でコイル電流が設定電流に達する場合においても、マスク30がオンとなり、そのままChargeモードが実行される。
よって、強制Charge区間(Ta’)またはその直前でコイル電流が設定電流に達しているにもかかわらず、Chargeモードが実行され、電流リップルが大きくなるという問題があった。
本発明は、コイル電流を増加する所定期間またはその所定期間直前においてコイル電流が設定電流に達しても電流リップルを小さく制御するステッピングモータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る主たる発明は、コイルを流れるコイル電流と設定電流との大小を比較する比較回路と、前記比較回路の比較結果を、オンの場合に無効としオフの場合に有効とするマスク回路と、前記比較回路の比較結果に基づいて、前記コイル電流を増加する第1モードを実行するとともに、前記マスク回路がオンすることにより、所定周期の所定期間に前記第1モードを実行し、さらに前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より大であることを示す場合に前記所定周期の残りの期間で前記コイル電流を減少する第2モードと前記第2モードより高速で減少する第3モードとを選択的に実行する制御回路と、を、有するステッピングモータの駆動制御装置であって、前記制御回路は、前記所定期間直前において前記マスク回路がオフの場合に前記所定期間内も前記マスク回路をオフとし前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードを選択的に実行することを特徴とする。
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
本発明によれば、コイル電流を増加する所定期間またはその所定期間直前においてコイル電流が設定電流に達しても電流リップルを小さく制御することができる。
<モータ駆動制御装置構成>
図1に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置を説明するためのブロック図を示す。モータ駆動制御装置は、発振回路10と、制御ロジック部20(『制御回路』)と、出力ドライブ部40と、コンパレータ50(『比較回路』)と、Hブリッジ回路60とを備えている。
図1に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動制御装置を説明するためのブロック図を示す。モータ駆動制御装置は、発振回路10と、制御ロジック部20(『制御回路』)と、出力ドライブ部40と、コンパレータ50(『比較回路』)と、Hブリッジ回路60とを備えている。
発振回路10は、コイル電流の増加又は減衰(『減少』)の制御を行うタイミングの基準となる基準クロックCLKの出力を行う。
制御ロジック部20は、基準クロックCLKとコンパレータ50との出力結果とに基づいて、Hブリッジ回路60内のNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン又はオフを制御する制御信号を出力する。また制御ロジック部20は、コンパレータ50の+(非反転入力)端子に接続された可変電圧部の値を変化させ、設定電流としてのマイクロステップ駆動の疑似正弦波形となるように制御を行う。
なお制御ロジック部20は、タイミング検出部70、マスク30(『マスク回路』)、マスク判定部80、出力制御部90とを備えている。
タイミング検出部70は、基準クロックCLKに応じた強制Charge区間及びFast減衰区間の検出を行う。
制御ロジック部20は、基準クロックCLKとコンパレータ50との出力結果とに基づいて、Hブリッジ回路60内のNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン又はオフを制御する制御信号を出力する。また制御ロジック部20は、コンパレータ50の+(非反転入力)端子に接続された可変電圧部の値を変化させ、設定電流としてのマイクロステップ駆動の疑似正弦波形となるように制御を行う。
なお制御ロジック部20は、タイミング検出部70、マスク30(『マスク回路』)、マスク判定部80、出力制御部90とを備えている。
タイミング検出部70は、基準クロックCLKに応じた強制Charge区間及びFast減衰区間の検出を行う。
マスク30は、所定のタイミングおよびコイル電流と設定電流の大小の関係に応じてコンパレータ50の比較結果を無効あるいは有効に切り換える。
マスク30がオンの状態では、制御ロジック部20はコンパレータ50の比較結果に関わらず、基準クロックCLKに応じた所定のモードを実行する。例えば基準クロックCLKの立ち上がりから、最初の1/8区間で、マスク30がオンとなり、当該区間にて制御ロジック部20は、設定電流とコイル電流と比較結果に関係なくコイル電流を増加させるChargeモード(『第1モード』)を行う(強制Charge区間)。
マスク30がオフの状態では、制御ロジック部20はコンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が設定電流に近づくモードを実行する。
マスク30がオンの状態では、制御ロジック部20はコンパレータ50の比較結果に関わらず、基準クロックCLKに応じた所定のモードを実行する。例えば基準クロックCLKの立ち上がりから、最初の1/8区間で、マスク30がオンとなり、当該区間にて制御ロジック部20は、設定電流とコイル電流と比較結果に関係なくコイル電流を増加させるChargeモード(『第1モード』)を行う(強制Charge区間)。
マスク30がオフの状態では、制御ロジック部20はコンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が設定電流に近づくモードを実行する。
マスク判定部80は、所定のタイミングにおいてマスク30がオンであるかオフであるかを判定し出力制御部90に出力する。
出力制御部90は、所定のタイミングおよびマスク30のオンオフに基づいてChargeモード、Slow減衰モード、Fast減衰モードを切り換えるための制御信号を出力する。
出力制御部90は、所定のタイミングおよびマスク30のオンオフに基づいてChargeモード、Slow減衰モード、Fast減衰モードを切り換えるための制御信号を出力する。
出力ドライブ部40は、制御ロジック部20からの制御信号に従い、NMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4の所定のゲートに電圧を印加することで、トランジスタのオン、オフを行う。
コンパレータ50の−(反転入力)端子には、Hブリッジ回路60からコイル電流に相当する電圧が入力され、+(非反転入力)端子には可変電圧部を介してマイクロステップ駆動の疑似正弦波形による設定電流に相当する電圧が入力される。そしてコンパレータ50は入力された電圧の比較によってコイル電流と設定電流の大小を判別しその結果を制御ロジック部20に出力する。
コンパレータ50の−(反転入力)端子には、Hブリッジ回路60からコイル電流に相当する電圧が入力され、+(非反転入力)端子には可変電圧部を介してマイクロステップ駆動の疑似正弦波形による設定電流に相当する電圧が入力される。そしてコンパレータ50は入力された電圧の比較によってコイル電流と設定電流の大小を判別しその結果を制御ロジック部20に出力する。
Hブリッジ回路60は、前述のようにNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4を有しており、電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ1と接地側のNMOSトランジスタQ2が直列に接続され、また電源(Vbb)側のNMOSトランジスタQ3と接地側のNMOSトランジスタQ4が直列に接続されている。NMOSトランジスタQ1とQ3のドレインは電源(Vbb)に接続されており、NMOSトランジスタQ2とQ4のソースは電流検出用抵抗Rdecを介して接地されている。そして、NMOSトランジスタQ1のソースとQ2のドレインとの間にコイルLの一端が接続され、NMOSトランジスタQ3のソースとQ4のドレインとの間にコイルLの他端が接続されている。NMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン、オフの状態は、制御ロジック部20によって制御される。
<制御ロジック部20の機能>
図2に、本発明の実施の形態に係る制御ロジック部20の機能について説明するためのフローチャートを示す。
図2に、本発明の実施の形態に係る制御ロジック部20の機能について説明するためのフローチャートを示す。
まず、制御ロジック部20に発振回路10から基準クロックCLKが入力される(S201)。制御ロジック部20によるモータ制御の動作は当該基準クロックCLKに同期して行われる。基準クロックCLKの立ち上がりが確認されると(S202)、強制Charge開始となる(S203)。強制Charge区間は例えば基準クロックCLKの周期の1/8と予め設定されている。この区間の終了は、クロックCLKの周期が予めわかっているので、例えばクロックCLKの立ち上がりからの時間をタイミング検出部70にてカウンタやタイマーを用いてカウントすることによって確認することができる。
この強制Charge開始においてマスク30がオンである場合(S204:YES)は、Chargeモード(S205)を実行し、強制チャージ区間終了前であれば(S206:NO)ステップ204に戻る。
強制Charge開始においてマスク30がオフである場合(S204:NO)は、コイル電流と設定電流との比較を行う(S207)。
『コイル電流>設定電流』の場合(S207:YES)は、Fast減衰モード(『第3モード』)(S208)を実行し、強制チャージ区間終了前であれば(S206:NO)ステップ204に戻る。
『コイル電流<設定電流』の場合(S207:NO)は、Chargeモード(S205)を実行し、強制チャージ区間終了前であれば(S206:NO)ステップ204に戻る。
強制Charge区間が終了すると(S206:YES)、マスク30をオフとし(S209)コイル電流と設定電流の比較を行う(S210)。
『コイル電流<設定電流』(S210:YES)には、Chargeモード(S211)を実行し、基準クロックCLKの一周期内で『コイル電流>設定電流』とならない場合(S212:NO)には基準クロックCLK立ち上がりを確認するステップ202に戻る。
基準クロックCLKの一周期内で『コイル電流>設定電流』となる場合(S212:YES)には、マスク30をオンとし(S213)、コイル電流が設定電流に達してから次の基準クロックの立ち上がりまでの時間がTbより大(S214:NO)の区間では、Slow減衰モード(『第2モード』)を行い(S216)、次の基準クロックの立ち上がりまでの時間がTb以下となると(S214:YES)、Fast減衰モードを行う(S215)。そして基準クロックCLKの立ち上がりを確認するステップ202を再度実行する。
ステップ210で『コイル電流>設定電流』の場合(S210:NO)の場合には、マスク30をオンとするステップ213を実行する。
以上の実施の形態において、ステップ208の減衰モードにFast減衰モードを適用したが、減衰モードはSlow減衰モードあるいはFast減衰モードの何れでも可能である。ただし強制Charge区間内でコイル電流の増減を繰り返すには、増減の周期を速くして効果的に設定値に近づけるため、Fast減衰モードを実行するのが望ましい。
<モータ駆動制御動作>
図3に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動の動作を説明するためのタイムチャートを示す。なお、このタイムチャートは、例えば図7においての設定電流が増加している領域などにおいて、設定電流がコイル電流より大きくなった場合について示すものである。
図3に、本発明の実施の形態に係るモータ駆動の動作を説明するためのタイムチャートを示す。なお、このタイムチャートは、例えば図7においての設定電流が増加している領域などにおいて、設定電流がコイル電流より大きくなった場合について示すものである。
マスクがオンでFast減衰モードを行っている状態で強制Charge区間(Ta)の開始となる場合は、マスクをオンのままChargeモードを実行する。強制Charge終了後マスクをオフとしコイル電流と設定電流の比較を行う。図3のようにコイル電流が設定電流より小の場合には強制Charge区間終了後もコンパレータ50の比較結果に基づきChargeモードを継続する。
そして図3に示すように基準クロックCLKの一周期内でChargeモードが継続し、次の強制Charge区間(Ta’)までコイル電流が設定電流に達しない場合は、強制Charge区間(Ta’)をマスク30をオフのままとする。
従って強制制Charge区間(Ta’)内はコンパレータ50の比較結果に基づいたモードが選択され、コイル電流が設定電流に達するとコンパレータ50の比較結果によってChargeモードとFast減衰モードを繰り返す。よってコイル電流は強制Charge区間(Ta’)において、設定電流付近で増減を繰り返す。
強制Charge区間(Ta’)が終了後、マスク30をオフとしてコイル電流と設定電流の大小の比較を行う。図3のようにコイル電流が設定電流より大きい場合、マスク30が再度オンとなり、Slow減衰モードを行う。そして一周期の残り時間がTbとなったところでFast減衰モードを行う。
以下、同様に強制Chargeモードと減衰モードの切り換えを行い定電流に制御を行う。
以上説明したように、強制Charge区間直前にマスク30がオフでChargeモードを実行している場合に、強制Charge区間内もマスク30をオフとする。よって強制Charge区間内でコイル電流が設定電流に達する場合、コンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が増減を繰り返すことができ、電流リップルを小さくすることができ、モータの追随性が良くなる。この場合強制Charge区間となってもモードの切り換わりが行われないのでリカバリー電流によるコイル電流の誤検出を考慮する必要がなくマスク30をオフとすることができる。
この強制Charge区間を基準クロックCLKの周期の先頭とすることで、クロックCLKの立ち上がりを強制Charge区間内のモード選択のタイミングに利用でき、効果的にモードの選択を行うことができる。
また、強制Charge区間においてマスク30をオフとした場合、減衰モードにFast減衰モードを用いることで、強制Charge区間内でコイル電流の増減の周期を速くして効果的にコイル電流を設定値に近づけることができる。
さらに、コイル電流が設定電流より小の場合、コイル電流が設定電流に達するまでChargeモードを行うので、コイル電流が設定電流に達する時間を短縮することができる。
なお、本発明は疑似正弦波において設定電流値が増加していく領域のように、設定電流よりコイル電流が小さい場合に効果があるので、設定電流が減少していく領域では動作しないように設定してもよい。
図1のステッピングモータの駆動制御装置は、チップ上に形成された集積回路であってもよい。この場合、コイルLは集積回路外に配置され、Hブリッジ回路60とは接続端子を介して接続される。また、発振回路10は、自走発振の場合には集積回内に配置してもよいが、他走発振の場合には集積回路外に配置し、接続端子を介して基準クロックCLKが入力されるようにする。
=======その他の実施の形態=======
<モータ駆動制御装置構成>
図4に、本発明のその他の実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成を説明するためのブロック図を示す。前述の実施の形態と制御ロジック部200(『制御回路』)のみが異なり、それ以外は同じ構成である。
<モータ駆動制御装置構成>
図4に、本発明のその他の実施の形態に係るモータ駆動制御装置の構成を説明するためのブロック図を示す。前述の実施の形態と制御ロジック部200(『制御回路』)のみが異なり、それ以外は同じ構成である。
制御ロジック部200は、基準クロックCLKとコンパレータ50(『比較回路』)との出力結果とに基づいて、Hブリッジ回路60内のNMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のオン又はオフを制御する制御信号を出力する。また制御ロジック部200は、コンパレータ50の+(非反転入力)端子に接続された可変電圧部の値を変化させ、設定電流としてのマイクロステップ駆動の疑似正弦波形となるように制御を行う。
なお制御ロジック部200は、タイミング検出部700、マスク300(『マスク回路』)、出力制御部900とを備えている。
タイミング検出部700は、基準クロックCLKに応じた強制Charge区間及びFast減衰区間の検出を行う。
なお制御ロジック部200は、タイミング検出部700、マスク300(『マスク回路』)、出力制御部900とを備えている。
タイミング検出部700は、基準クロックCLKに応じた強制Charge区間及びFast減衰区間の検出を行う。
マスク300は、所定のタイミングおよびコイル電流と設定電流の大小の関係に応じてコンパレータ50の比較結果を無効あるいは有効に切り換える。
マスク300がオンの状態では、制御ロジック部200はコンパレータ50の比較結果に関わらず、基準クロックCLKに応じた所定のモードを実行する。例えば基準クロックCLKの立ち上がりから、最初の1/8区間で、マスク300がオンとなり、当該区間にて制御ロジック部200は、設定電流とコイル電流と比較結果に関係なくコイル電流を増加させるChargeモード(『第1モード』)を行う(強制Charge区間)。
マスク300がオフの状態では、制御ロジック部200はコンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が設定電流に近づくモードを実行する。
マスク300がオンの状態では、制御ロジック部200はコンパレータ50の比較結果に関わらず、基準クロックCLKに応じた所定のモードを実行する。例えば基準クロックCLKの立ち上がりから、最初の1/8区間で、マスク300がオンとなり、当該区間にて制御ロジック部200は、設定電流とコイル電流と比較結果に関係なくコイル電流を増加させるChargeモード(『第1モード』)を行う(強制Charge区間)。
マスク300がオフの状態では、制御ロジック部200はコンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が設定電流に近づくモードを実行する。
出力制御部900は、所定のタイミングおよびマスク300のオンオフに基づいてChargeモード、Slow減衰モード、Fast減衰モードを切り換えるための制御信号を出力する。
<制御ロジック部200の機能>
図5に、本発明のその他の実施の形態に係る制御ロジック部200の機能について説明するためのフローチャートを示す。
図5に、本発明のその他の実施の形態に係る制御ロジック部200の機能について説明するためのフローチャートを示す。
まず、制御ロジック部200に発振回路10から基準クロックCLKが入力される(S501)。制御ロジック部200によるモータ制御の動作は当該基準クロックCLKに同期して行われる。基準クロックCLKの立ち上がりが確認されると(S502)、マスク300がオンとなり(S503)、コイル電流と設定電流の大小に関係なくChargeモードを実行する強制Charge区間となる(S504)。強制Charge区間は、例えば基準クロックCLKの周期の1/8と予め設定されている。この区間の終了は、クロックCLKの周期が予めわかっているので、例えばクロックCLKの立ち上がりからの時間をタイミング検出部700にてカウンタやタイマーを用いてカウントすることによって確認することができる。
強制Charge区間が終了後、マスク300がオフとなり(S505)制御ロジック部200は、コンパレータ50の比較結果に基づいたモードを実行する。『コイル電流<設定電流』の場合(S506:YES)は、強制Charge終了後も続いてChargeモードを行う(S507)。そして基準クロックCLKの一周期内でコイル電流が設定電流より大きくなった場合には(S508:YES)、マスク300がオンとなり、コイル電流と設定電流の大小に関係なく、コイル電流が減衰するモードを実行する(S509)。
コイル電流が設定電流に達してから次の基準クロックの立ち上がりまでの時間がTbより大(S510:NO)の区間では、Slow減衰モード(『第2モード』)を行い(S512)、次の基準クロックの立ち上がりまでの時間がTb以下となると(S510:YES)、Fast減衰モード(『第3モード』)を行う(S511)。そして基準クロックCLKの立ち上がりを確認するステップ502を再度実行する。
ステップ506でコンパレータ50の比較結果が『コイル電流>設定電流』の場合には(S506:NO)、マスク300をオンとするステップ509を実行する。
ステップ508において、Chargeモードを実行してから基準クロックCLKの一周期内でコイル電流が設定電流より大きくならない場合(S508:NO)には、Chargeを継続(S513)し、次の基準クロックCLKの立ち上がり確認を行う(S514)。
基準クロックCLKの立ち上がりに行う強制Charge直前で、コイル電流が設定電流より小さい場合(S515:NO)には制御ロジック部200は、マスク300をオンとするステップ503を再度実行する。
強制Charge直前で、『コイル電流>設定電流』の場合(S515:YES)には、マスク300がオフのままとなり、コンパレータ50の比較結果に基づいたモードを実行する。(S516)。例えばコイル電流が設定電流より小さい場合にはChargeモード、コイル電流が設定電流より大きい場合にはSlow減衰モードあるいはFast減衰モードの何れかを実行する。よってコイル電流は設定電流付近で増減を繰り返す。減衰モードはSlow減衰モードあるいはFast減衰モードの何れでも可能であるが、強制Charge区間内でコイル電流の増減を繰り返すには、増減の周期を速くして効果的に設定値に近づけるため、Fast減衰モードを実行するのが望ましい。
強制Charge区間が終了するまでは(S517:NO)、ステップ216を実行し、強制Charge区間が終了すると(S517:YES)、コイル電流と設定電流の比較を行うステップ506を再度実行する。
<モータ駆動制御動作>
図6に、本発明のその他の実施の形態に係るモータ駆動の動作を説明するためのタイムチャートを示す。なお、このタイムチャートは、例えば図7においての設定電流が増加している領域などにおいて、設定電流がコイル電流より大きくなった場合について示すものである。
図6に、本発明のその他の実施の形態に係るモータ駆動の動作を説明するためのタイムチャートを示す。なお、このタイムチャートは、例えば図7においての設定電流が増加している領域などにおいて、設定電流がコイル電流より大きくなった場合について示すものである。
前述したように、基準クロックCLKの立ち上がりで、マスク300がオンとなりコンパレータ50の比較結果を無効にした強制Charge区間(Ta)となる。強制Charge区間(Ta)では、Chargeモードが実行される。
強制Charge区間(Ta)終了後には、マスク300がオフとなり、制御ロジック部200はコンパレータ50の比較結果に基づいたモードを実行する。例えば図6ではコイル電流が設定電流より小さいので、Chargeモードを行う。その間コイル電流は増加し設定電流に近づく。
そして図6に示すように、次の基準クロックCLKの強制Charge区間(Ta’)直前にコイル電流が設定電流に達した場合に限り、強制Charge区間(Ta’)においてマスク300がオフのまま、コンパレータ50の比較結果に基づいたモードを実行する。つまり、制御ロジック部200はコイル電流が設定電流より大という比較結果の場合は減衰モードを行い、コイル電流が設定電流より小という比較結果の場合はChargeモードを行う。よってコイル電流は強制Charge区間(Ta’)において、設定電流付近で増減を繰り返す。
強制Charge区間(Ta’)が終了後、図6のようにコイル電流が設定電流より大きい場合、マスク300がオンとなりSlow減衰モードを行う。そして一周期の残り時間がTbとなったところでFast減衰モードを行う。以下、同様に強制Chargeモードと減衰モードの切り換えを行い定電流に制御を行う。
このように、強制Charge区間(Ta’)直前にコイル電流が設定電流に達した場合にマスク300をオフとすることで、強制Charge区間(Ta’)ではコンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が増減を繰り返す。強制Charge区間(Ta’)直前の状態は、Chargeモード、Slow減衰モード、Fast減衰モードのいずれであっても本発明の実施は可能であるが、強制Charge区間(Ta’)直前が減衰モードの場合にはモードの切り換わり時にリカバリー電流によるコイル電流の誤検出が発生する可能性がある。強制Charge区間(Ta’)直前がChargeモードの場合には、モードの切り換わりが行われないのでリカバリー電流によるコイル電流の誤検出を考慮する必要がなくなる。
以上説明したように、強制Charge区間直前のコイル電流と設定電流の比較結果に基づいて、強制Charge区間内のモードを決定する。よって、強制Charge区間直前のモードにかかわらず、強制Charge区間でコイル電流が設定電流に達する場合、コンパレータ50の比較結果に基づいてコイル電流が増減を繰り返すことができ、電流リップルを小さくすることができ、モータの追随性が良くなる。
この強制Charge区間を基準クロックCLKの周期の先頭とすることで、クロックCLKの立ち上がりを強制Charge区間内のモード選択のタイミングに利用でき、効果的にモードの選択を行うことができる。
なお、強制Charge区間直前がChargeモードであるときに、本実施の形態を適用することにより、リカバリー電流によるコイル電流の誤検出を防止することができる。
また、強制Charge区間においてマスク30をオフとした場合、減衰モードにFast減衰モードを用いることで、強制Charge区間内でコイル電流の増減の周期を速くして効果的にコイル電流を設定値に近づけることができる。
さらに、コイル電流が設定電流より小の場合、コイル電流が設定電流に達するまでChargeモードを行うので、コイル電流が設定電流に達する時間を短縮することができる。
以上の実施の形態にて説明したように、所定の条件において強制Charge区間のマスクをオフとすることで、強制Charge区間内はコンパレータの比較結果に基づいて、コイル電流の増加及び減衰を繰り返すことになる。よって強制Charge区間またはその直前においてコイル電流が設定電流に達しても電流リップルを小さく制御することができる。
なお、本発明の実施の形態では便宜上Hブリッジ回路60及びコイルLについて1つしか示していないが、通常、出力ドライブ部40に不図示の他のHブリッジ回路をさらに接続し、又モータを中心にしてコイルLから90°離れた位置に不図示のコイルを配置した2相励磁が用いられることが多い。本発明を2相励磁に用いて、不図示のコイルにコイルLと90°の位相差を持った疑似正弦波の電流を流すことで、回転トルクが大きくなりさらに滑らかな駆動特性とすることができる。
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば前述した実施形態について、強制Charge区間を基準クロックCLKの立ち上がりに設定したが、強制Charge区間は基準クロックCLK内の他の区間であってもよい。その場合も前述の実施の形態と同等にマスクのオン、オフを行うようにする。
また、各モードの実施順序は、前述の実施形態以外であってもよい。例えば、コイル電流が設定電流に達した後、Fast減衰を所定時間行い、残りの区間でSlow減衰を行ってもよい。
10 発振回路
20、200 制御ロジック部
30、300 マスク
40 出力ドライブ部
50 コンパレータ
60 Hブリッジ回路
70、700 タイミング検出部
80 マスク判定部
90、900 出力制御部
20、200 制御ロジック部
30、300 マスク
40 出力ドライブ部
50 コンパレータ
60 Hブリッジ回路
70、700 タイミング検出部
80 マスク判定部
90、900 出力制御部
Claims (10)
- コイルを流れるコイル電流と設定電流との大小を比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果を、オンの場合に無効としオフの場合に有効とするマスク回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記コイル電流を増加する第1モードを実行するとともに、前記マスク回路がオンすることにより、所定周期の所定期間に前記第1モードを実行し、さらに前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より大であることを示す場合に前記所定周期の残りの期間で前記コイル電流を減少する第2モードと前記第2モードより高速で減少する第3モードとを選択的に実行する制御回路と、
を、有するステッピングモータの駆動制御装置であって、
前記制御回路は、
前記所定期間直前において前記マスク回路がオフの場合に前記所定期間内も前記マスク回路をオフとし前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードを選択的に実行することを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記所定期間は、前記所定周期の先頭の一部期間であり、
前記制御回路は、前記所定期間直前においての前記マスク回路のオン、オフに応じて、前記所定期間内のモードを選択することを特徴とする請求項1に記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記制御回路は、
前記所定期間において前記マスク回路がオフの場合、前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モードと、前記第3モードとを選択的に実行することを特徴とする請求項1または2に記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記制御回路は、
前記所定期間終了直後に前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より小であることを示す場合、前記コイル電流が前記設定電流に達するまで前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モードを実行することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記設定電流は、階段状の疑似正弦波を発生させることができる複数の電流値を備え、
前記制御回路は、前記設定電流値が増加する期間の前記所定期間直前において、前記マスク回路がオフの場合に前記所定期間内も前記マスク回路をオフとし前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードを選択的に実行することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - コイルを流れるコイル電流と設定電流との大小を比較する比較回路と、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記コイル電流を増加する第1モード、前記コイル電流を減少する第2モード、前記コイル電流を前記第2モードより高速で減少する第3モードを所定周期ごとに選択的に実行するとともに、前記所定周期内の所定期間について前記比較回路の比較結果に関わらず前記第1モードを実行する制御回路と、
を、有するステッピングモータの駆動制御装置であって、
前記制御回路は、
前記所定期間の直前において前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より大であることを示す場合、前記所定期間において前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードを選択的に実行することを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記所定期間は、前記所定周期の先頭の一部期間であり、
前記制御回路は、前記所定周期直前における前記比較回路の比較結果によって、前記所定期間内のモードを選択することを特徴とする請求項6に記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記所定期間の直前は前記第1モードが実行されており、
前記制御回路は、
前記所定期間の直前において前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より大であることを示す場合、前記所定期間において前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードを選択的に実行することを特徴とする請求項6または7に記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記制御回路は、
前記所定期間の直前において前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より大であることを示す場合、、前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モードと、前記第3モードとを選択的に実行することを特徴とする請求項6乃至8に記載のステッピングモータの駆動制御装置。 - 前記制御回路は、
前記所定期間終了直後に前記比較回路の比較結果が前記コイル電流が前記設定電流より小であることを示す場合、前記コイル電流が前記設定電流に達するまで前記比較回路の比較結果に基づいて前記第1モードを実行することを特徴とする請求項6乃至9の何れかに記載のステッピングモータの駆動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004034111A JP2005229683A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | ステッピングモータの駆動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004034111A JP2005229683A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | ステッピングモータの駆動制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=35003975
Family Applications (1)
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JP2004034111A Withdrawn JP2005229683A (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | ステッピングモータの駆動制御装置 |
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JP (1) | JP2005229683A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008289225A (ja) * | 2007-05-15 | 2008-11-27 | Sanyo Electric Co Ltd | モータ駆動回路 |
JP2015070775A (ja) * | 2013-10-01 | 2015-04-13 | セイコーエプソン株式会社 | 回路装置及び電子機器 |
JP2020048322A (ja) * | 2018-09-19 | 2020-03-26 | 株式会社東芝 | モータ駆動装置 |
-
2004
- 2004-02-10 JP JP2004034111A patent/JP2005229683A/ja not_active Withdrawn
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A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20070129 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090708 |