JP2005229683A - ステッピングモータの駆動制御装置 - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係るステッピングモータの駆動制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る制御ロジック部の機能について説明するためのフローチャートである。 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である。 本発明のその他の実施の形態に係るステッピングモータの駆動制御装置の構成を示す図である。 本発明のその他の実施の形態に係る制御ロジック部の機能について説明するためのフローチャートである。 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である。 マイクロステップの設定電流の変化を説明するための図である。 Ｈブリッジ回路に接続されたコイルＬに流れる電流の制御について説明するための図である。 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を説明するための図である。 従来のモータ駆動の制御について説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

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

Claims (10)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
    

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