JP2007116858A - モータ駆動装置およびそれを用いた電子機器 - Google Patents

モータ駆動装置およびそれを用いた電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】回路規模を抑えた構成によりモータコイルの通電時間を制御する。
【解決手段】モータ駆動装置100は、パルス列生成部38と、クロック信号生成部18と、通電信号生成部20と、を備える。パルス列生成部38は、方形波信号Vrctのエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列Vplsを生成する。クロック信号生成部18は、パルス列Vplsの周波数をN倍した周波数を有するクロック信号Vclkを生成する。通電信号生成部20は、クロック信号VclkをM回カウントする間、モータ102のコイルに対して通電を指示するレベルとなり、その後、クロック信号Vclkを(N−M)回カウントする期間、コイル対して不通電を指示するレベルとなる通電信号を生成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータの駆動技術に関し、特に、単相モータを駆動するモータ駆動装置およびそれを用いた電子機器に関する。
一般に、単相ブラシレスモータを駆動する場合、ホール素子などのセンサにより検出したロータの位置をもとに、モータコイルに供給する電流の向きを切り換えるタイミング(以下、「電流切換タイミング」という。)を検出する。モータをより小型化するために、ホール素子などのセンサを利用せずに電流切換タイミングを検出する単相ブラシレスモータの駆動装置が提案されている(特許文献1)。単相モータの場合、モータコイルに発生する誘起電圧のゼロクロスを検出することにより、電流切換タイミングを検出できる。
特開昭63−11085号公報
特許文献1の技術は、誘起電圧のゼロクロスを検出するために、誘起電圧の前回のゼロクロスから今回のゼロクロスまでのロータの1/2回転周期を計測し、この計測値により、モータコイルに発生する誘起電圧のゼロ点から通電開始までの待機時間とモータコイルの通電時間とを演算設定することにより、ゼロクロス付近においてモータコイルの通電を遮断する。
ところで、モータコイルの通電時間を演算設定する場合、演算回路が必須となり、回路規模が大きくなるという問題がある。
本発明者はこうした状況を認識して本発明をなしたものであり、その目的は回路規模を抑えた構成によりモータコイルの通電時間を制御できるモータ駆動装置およびそれを用いた電子機器を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ駆動装置は、単相モータのコイルの両端に現れる電圧を比較し、方形波信号を出力するコンパレータと、方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するパルス列生成部と、単相モータの回転数に比例した周波数を有するクロック信号のクロック数をカウントすることによってパルス列の周期を所定の比率で前半と後半に分割し、前半においてはコイルに対する通電を指示する第1レベルとなり、後半においてはコイルに対する不通電を指示する第2レベルとなる通電信号を生成する通電信号生成部と、を備える。方形波信号および通電信号にもとづきコイルに駆動電流を供給する出力回路をさらに備えてもよい。
この態様によると、通電信号生成部は、単相モータの回転数に比例した周波数を有するクロック信号のクロック数をカウントすることによってコイルに対する通電を切り換える通電信号を生成するので、回路規模を抑えた構成によりコイルに対する通電時間を制御できる。
パルス列の周波数をN倍(Nは2以上の自然数)した周波数を有するクロック信号を生成するクロック信号生成部をさらに備えてもよい。通電信号生成部は、パルスが発生してからクロック信号をM回(Mは、M<Nを満たす自然数)カウントする期間、第1レベルとなり、その後、クロック信号を(N−M)回カウントする期間、第2レベルとなる通電信号を生成してもよい。
この場合、通電信号生成部は、パルスが発生してからパルス列の周波数をN倍した周波数を有するクロック信号をM回カウントする期間、第1レベルとなり、その後、クロック信号を(N−M)回カウントする期間、第2レベルとなる通電信号を生成するので、モータの回転数が変化した場合でも、通電時間を自動的に制御できる。
パルス列生成部は、方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するエッジ検出回路と、所定のノイズ除去期間、パルスをマスクするマスク処理部と、を含んでもよい。
この場合、マスク処理部は、ノイズ除去期間におけるエッジを検出して発生したパルスをマスクするので、ノイズによる誤動作を低減できる。
Nは3以上の自然数であり、マスク処理部は、通電信号が第1レベルから第2レベルに遷移してから、クロック信号をL回(Lは、L<(N−M)を満たす自然数)カウントする期間、パルスをマスクしてもよい。
この場合、モータの回転数が変化しても、ノイズ除去期間を自動的に制御できる。また、通電信号が第1レベルから第2レベルに遷移することにより発生するノイズによる誤動作を低減できる。
パルス列生成部は、所定のノイズ除去期間、方形波信号のレベル遷移を無効化するマスク処理部と、マスク処理部から出力される方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するエッジ検出回路と、を含んでもよい。
この場合、エッジ検出回路は、ノイズ除去期間におけるレベル遷移が無効化された方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生するので、ノイズにより生じたエッジを検出してしまうリスクが低減される。
Nは3以上の自然数であり、マスク処理部は、通電信号が第1レベルから第2レベルに遷移してから、クロック信号をL回(Lは、L<(N−M)を満たす自然数)カウントする期間、方形波信号のレベル遷移を無効化してもよい。
この場合、モータの回転数が変化しても、方形波信号のレベル遷移を無効化する期間を自動的に制御できる。
通電信号のレベル遷移を契機としてゆるやかに電位が変化する傾斜信号を出力する傾斜信号生成部と、傾斜信号にもとづき単相モータのコイルに供給する駆動電流をゆるやかに変化させる出力回路と、をさらに備えてもよい。
この場合、出力回路は、傾斜信号にもとづき単相モータのコイルに供給する駆動電流をゆるやかに変化させるので、ノイズを低減できる。
傾斜信号生成部は、通電信号が第1レベルおよび第2レベルの間で遷移したときに、その遷移の方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンするアップダウンカウンタと、アップダウンカウンタのカウント値をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換回路と、を含んでもよい。デジタルアナログ変換回路の出力信号を傾斜信号として出力してもよい。
クロック信号生成部は、位相同期回路を含んでもよい。傾斜信号生成部は、一端の電位が固定されたキャパシタと、位相同期回路に含まれる電圧制御発振器に入力される電圧に応じた電流を生成し、生成した電流によりキャパシタを充放電する充放電部と、を含んでもよい。充放電部は、通電信号のレベルに応じて充電と放電を切り換えてもよい。
モータ駆動装置は、ひとつの基板に一体集積化されてもよい。なお、「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。モータ駆動装置を1つのLSIとして集積化することにより、回路面積を削減できる。
本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、単相モータと、該単相モータを駆動するモータ駆動装置と、を備える。この態様によると、コイルに対する通電時間を簡易な構成により制御できるので、電子機器を小型化できる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、回路規模を抑えた構成によりモータコイルの通電時間を制御できる。
(第1の実施の形態)
実施の形態は、たとえば携帯電話などの電子機器に関する。
図1は、第1の実施の形態にかかる電子機器200の構成を示す。電子機器200は、モータ駆動装置100と、モータ102とを備える。
モータ102は、たとえば携帯電話のバイブレータなどの負荷に接続される。
モータ駆動装置100は、モータ102を駆動するための駆動電流Ioutの出入り口となる第1出力端子104、第2出力端子106を備える。
モータ駆動装置100は、第1出力端子104および第2出力端子106に現れる逆起電圧Vbem1およびVbem2にもとづき、モータ102に駆動電流Ioutを供給する。モータ駆動装置100は、1つの半導体基板上に一体集積化された機能ICである。
モータ駆動装置100は、ヒステリシスコンパレータ12と、パルス列生成部38と、クロック信号生成部18と、通電信号生成部20と、出力回路42と、を備える。
ヒステリシスコンパレータ12は、逆起電圧Vbem1およびVbem2を比較し、Vbem1>Vbem2である場合にハイレベルとなり、Vbem1<Vbem2である場合にローレベルとなる方形波信号Vrctを出力する。
パルス列生成部38は、方形波信号Vrctのエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列Vplsを生成する。パルス列Vplsは、方形波信号Vrctのエッジが検出されたときにパルスを生じる信号である。
パルス列生成部38は、図1には明示されないが、エッジ検出回路14を含んで構成される。図2(a)は、図1のパルス列生成部38に含まれるエッジ検出回路14の構成を示す。第1の実施の形態では、パルス列Vplsは、エッジ検出回路14の出力するエッジ検出信号Vedgそのものである。
エッジ検出回路14は、Delay flip−flop(以下、「Dフリップフロップ」という)52および54と、NANDゲート56および58と、ANDゲート62と、を含む。
Dフリップフロップ52およびDフリップフロップ54のクロック端子には外部クロックCLKが入力される。Dフリップフロップ52のデータ端子には、方形波信号Vrctが入力される。Dフリップフロップ54のデータ端子には、Dフリップフロップ52の反転出力端子が接続される。NANDゲート56の2つの入力端子にはDフリップフロップ52の出力端子およびDフリップフロップ54の出力端子が接続される。NANDゲート58の2つの入力端子には、Dフリップフロップ52の反転出力端子およびDフリップフロップ54の反転出力端子が接続される。NANDゲート56および58の出力端子は、ANDゲート62の2つの入力端子に接続される。
Dフリップフロップ52の出力端子の電圧をQ11、Dフリップフロップ54の出力端子の電圧をQ22、Dフリップフロップ52の反転出力端子の電圧を*Q11、Dフリップフロップ54の反転出力端子の電圧を*Q22、NANDゲート56の出力電圧をA、NANDゲート58の出力電圧をB、エッジ検出回路14の出力電圧をエッジ検出信号Vedgとおく。
図2(b)は、図2(a)のエッジ検出回路14の動作を示すタイムチャートである。図2(b)のタイムチャートは、上から順に外部クロックCLK、方形波信号Vrct、Q11、*Q11、Q22、*Q22、A、B、エッジ検出信号Vedgを示す。同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示される。
方形波信号Vrctの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの後、最初に現れる外部クロックCLKの立ち上がりエッジから1クロックの間、エッジ検出信号Vedgはローレベルを示している。
図1にもどる。
クロック信号生成部18は、たとえばPLL(Phase Locked Loop)などで構成され、パルス列Vplsの周波数をN倍(Nは2以上の自然数)した周波数を有するクロック信号Vclkを生成する。つまり、モータ102の回転数に比例した周波数を有するクロック信号Vclkを生成する。以下の説明において、N=1000とする。
通電信号生成部20は、パルス列生成部38がパルスを発生してからクロック信号VclkをM回(Mは、M<Nを満たす自然数)カウントする期間(以下、「通電期間」という)ハイレベルとなり、その後、クロック信号Vclkを(N−M)回カウントする期間、ローレベルとなる通電信号Vrunを生成する。以下の説明において、M=800とする。すなわち、通電信号生成部20は、パルス列の周期4:1で前半と後半に分割する。
出力回路42は、方形波信号Vrctおよび通電信号Vrunにもとづき、モータ102に駆動電流Ioutを出力する。
出力回路42は、ANDゲート24および26と、プリドライバ44と、パワートランジスタ回路36と、を含む。
ANDゲート24は、NOTゲート28およびNOTゲート30により反転された方形波信号Vrctおよび通電信号Vrunの論理積を演算し、第1ゲート制御信号Vgt1として出力する。ANDゲート26は、NOTゲート28により反転された方形波信号Vrctおよび通電信号Vrunの論理積を演算し、第2ゲート制御信号Vgt2として出力する。プリドライバ44は、第1ゲート制御信号Vgt1にもとづき第1ローサイドスイッチML1および第2ハイサイドスイッチMH2をオンオフ制御する。
プリドライバ44は、第2ゲート制御信号Vgt2にもとづき、第1ハイサイドスイッチMH1および第2ローサイドスイッチML2をオンオフ制御する。
パワートランジスタ回路36は、第1ハイサイドスイッチMH1、第2ハイサイドスイッチMH2、第1ローサイドスイッチML1、第2ローサイドスイッチML2を含む。第1ハイサイドスイッチMH1、第2ハイサイドスイッチMH2は、PチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、第1ローサイドスイッチML1、第2ローサイドスイッチML2は、NチャンネルMOSFETである。
第1ハイサイドスイッチMH1および第1ローサイドスイッチML1は電源電圧Vddが印加される電源ラインと接地間に直列に接続される。第1ハイサイドスイッチMH1、第1ローサイドスイッチML1の接続点の電圧は、第1出力端子104を介してモータ102の一端に印加される。第1出力端子104を介してモータ102に印加される電圧は、第1ハイサイドスイッチMH1がオン、第1ローサイドスイッチML1がオフのとき電源電圧Vddとなり、第1ハイサイドスイッチMH1がオフ、第1ローサイドスイッチML1がオンのとき接地電位0Vとなる。
同様に、第2ハイサイドスイッチMH2および第2ローサイドスイッチML2も電源ラインと接地間に直列に接続される。第2ハイサイドスイッチMH2および第2ローサイドスイッチML2の接続点の電圧は、第2出力端子106を介してモータ102の他端に印加される。
第1ハイサイドスイッチMH1、第1ローサイドスイッチML1、第2ハイサイドスイッチMH2および第2ローサイドスイッチML2のオンオフ状態は、プリドライバ44を介してそれぞれのゲートに入力される第1ゲート制御信号Vgt1および第2ゲート制御信号Vgt2により制御される。すなわち、第1ハイサイドスイッチMH1および第2ローサイドスイッチML2は、第2ゲート制御信号Vgt2がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。また、第1ローサイドスイッチML1および第2ハイサイドスイッチMH2は、第1ゲート制御信号Vgt1がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフする。
上記の構成による電子機器200の動作を説明する。
図3は、図1の電子機器200の動作を示すタイムチャートである。図3のタイムチャートは、上から順に、逆起電圧Vbem1およびVbem2、方形波信号Vrct、パルス列Vpls、通電信号Vrun、第1ゲート制御信号Vgt1、第2ゲート制御信号Vgt2、駆動電源Ioutを示す。同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示される。
時刻T0において、Vbem1>Vbem2となり、方形波信号Vrctはローレベルからハイレベルに遷移する。パルス列生成部38は、方形波信号Vrctの立ち上がりエッジを検出してパルスpls1を出力する。通電信号生成部20は、パルスpls1が発生してからクロック信号VclkをM回カウントする間、ハイレベルを示す。M回カウントし終えた時刻T1において、通電信号Vrunはローレベルに遷移する。
第1ゲート制御信号Vgt1は、方形波信号Vrctおよび通電信号Vrunがともにハイレベルである時刻T0〜T1の期間ハイレベルとなり、第1ローサイドスイッチML1および第2ハイサイドスイッチMH2がオンとなる。したがって、駆動電流Ioutは第2出力端子106から第1出力端子104に向かって流れる。時刻T1〜T2の期間、通電信号Vrunはローレベルであり、第1ゲート制御信号Vgt1および第2ゲート制御信号Vgt2はともにローレベルである。よって、第1ハイサイドスイッチMH1、第1ローサイドスイッチML1、第2ハイサイドスイッチMH2、第2ローサイドスイッチML2は、すべてオフとなり、駆動電流Ioutは0Aである。
時刻T2において、Vbem1<Vbem2となり、方形波信号Vrctはハイレベルからローレベルに遷移する。パルス列生成部38は、方形波信号Vrctの立ち下がりエッジを検出してパルスpls2を出力する。通電信号生成部20は、パルスpls2が発生してからクロック信号VclkをM回カウントする間、ハイレベルを示す。M回カウントし終えた時刻T3において、通電信号Vrunはローレベルに遷移する。
第2ゲート制御信号Vgt2は、方形波信号Vrctがローレベルで通電信号Vrunがハイレベルである時刻T2〜T3の期間ハイレベルとなり、第1ハイサイドスイッチMH1および第2ローサイドスイッチML2がオンとなる。したがって、駆動電流Ioutは、第1出力端子104から第2出力端子106に向かって流れる。時刻T3〜T4の期間、通電信号Vrunはローレベルであり、第1ゲート制御信号Vgt1および第2ゲート制御信号Vgt2はともにローレベルである。よって、第1ハイサイドスイッチMH1、第1ローサイドスイッチML1、第2ハイサイドスイッチMH2、第2ローサイドスイッチML2は、すべてオフとなり、駆動電流Ioutは0Aである。
このように本実施の形態の電子機器200によれば、クロック信号生成部18は、パルス列Vplsの周波数をN倍した周波数を有するクロック信号Vclkを生成し、通電信号生成部20は、パルス列生成部38がパルスを発生してからクロック信号VclkをM回カウントする期間ハイレベルとなり、その後、クロック信号Vclkを(N−M)回カウントする期間、ローレベルとなる通電信号Vrunを生成するので、演算回路を用いて通電時間を制御する場合と比較して、回路規模を小さくできる。また、モータ102の回転数が変化すると、方形波信号Vrctのエッジの出現周波数、すなわち、パルス列Vplsの周波数もそれに比例して変化するので、クロック信号Vclkの周波数も比例して変化する。したがって、モータ102に対する通電時間が自動的に制御される。
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態においては、パルス列生成部38は、その内部に含まれるエッジ検出回路14から出力されるエッジ検出信号Vedgをそのままパルス列Vplsとして出力したが、第2の実施の形態では、パルス列生成部38が、ノイズ対策用にマスク処理機能を有する場合について説明する。なお、第2の実施の形態の場合、Nは3以上の自然数とする。
図4は、第2の実施の形態にかかる電子機器200の構成を示す。図4において、図1の構成要素と同一または同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
パルス列生成部38は、エッジ検出回路14と、マスク処理部40とを含む。
エッジ検出回路14は、方形波信号Vrctのエッジを検出するごとにパルスを発生し、エッジ検出信号Vedgを生成する。エッジ検出信号Vedgは、方形波信号Vrctのエッジが検出されたときにパルスを生じる信号である。
マスク処理部40は、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移してからクロック信号VclkをL回(Lは、L<(N−M)を満たす自然数)カウントする期間(以下、「マスク処理期間」という)、エッジ検出信号Vedgのパルスをマスクする。以下の説明において、L=150とする。
マスク処理部40は、マスク回路16と、マスク信号生成部22とを含む。
マスク信号生成部22は、マスク処理期間、ハイレベルとなるマスク信号Vmskを出力する。マスク回路16は、エッジ検出信号Vedgおよびマスク信号Vmskを論理演算することにより、マスク処理期間におけるエッジ検出信号Vedgのパルスをマスクする。すなわち、マスク処理期間におけるエッジ検出信号Vedgを除去する。
図5は、図4パルス列生成部38におけるマスク処理動作のタイムチャートを示す。図5のタイムチャートは、上から順に、逆起電圧Vbem1、方形波信号Vrct、エッジ検出信号Vedg、パルス列Vpls、通電信号Vrun、マスク信号Vmskを示す。同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示される。
時刻T0において、Vbem1>Vbem2となり、方形波信号Vrctはローレベルからハイレベルに遷移する。エッジ検出回路14は、方形波信号Vrctの立ち上がりエッジを検出してパルスedg1を出力する。このとき、マスク信号Vmskはローレベルなので、パルスedg1はマスクされることなくパルスpls1として出力される。通電信号生成部20は、パルスpls1が発生してからクロック信号VclkをM回カウントする間、ハイレベルを示す。M回カウントし終えた時刻T1において、通電信号Vrunはローレベルに遷移する。このとき、逆起電圧Vbem1には、スパイク状の電圧パルスsp1が発生する。エッジ検出回路14は、電圧パルスsp1により方形波信号Vrctに発生したエッジを検出し、パルスedg2およびedg3を出力する。一方、マスク信号生成部22は、通電信号Vrunがローレベルに遷移した後のマスク処理期間、ハイレベルのマスク信号Vmskを出力するので、マスク回路16は、論理演算により、マスク処理期間におけるパルスedg2およびedg3を除去する。その結果、パルス列Vplsにはパルスedg2およびedg3は含まれない。時刻T3における電圧パルスに伴うエッジ検出信号Vedgの変動も同様にマスク回路16により除去される。
以上のように構成された第2の実施の形態にかかる電子機器200は、第1の実施の形態において述べたのと同様の作用効果を奏する。さらに、第2の実施の形態の電子機器200によれば、マスク処理部40は、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移してからのマスク処理期間、エッジ検出信号Vedgのパルスをマスクするので、逆起電圧にスパイク状のパルスなどのノイズが入った場合でも、誤動作するリスクを低減できる。また、第1の実施の形態と同様、モータ102の回転数が変化すると、クロック信号Vclkの周波数もそれに比例して変化するので、エッジ検出信号Vedgに対するマスク処理期間が自動的に制御される。
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態では、ノイズ対策や静音化のために、モータ102に対する通電の開始および停止時に、駆動電流Ioutの変動をゆるやかにする機能を付加した場合について説明する。なお、第3の実施の形態の場合、Nは2以上の自然数とする。
図6は、第3の実施の形態にかかる電子機器200の構成を示す。図6において、図1の構成要素と同一または同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
第3の実施の形態にかかる電子機器200は、主に、傾斜信号生成部32と、分配器34とをさらに含んでいる点において第1の実施の形態のものと相違する。
傾斜信号生成部32は、通電信号Vrunの立ち上がりを契機としてゆるやかに電位が上昇し、その後、一定の電位を保ち、通電信号Vrunの立ち下がりを契機としてゆるやかに電位が下降する傾斜信号Vslpを出力する。
分配器34は、パルス列生成部38がパルスを発生するごとに、傾斜信号Vslpを第1ゲート制御信号Vgt1または第2ゲート制御信号Vgt2の一方として交互に切り換えて出力する。たとえば、いま、分配器34が傾斜信号Vslpを第1ゲート制御信号Vgt1として出力しているとする。この状態で、傾斜信号Vslpのパルスが発生すると、その後、分配器34は、傾斜信号Vslpを第2ゲート制御信号Vgt2として出力する。
第1ゲート制御信号Vgt1および第2ゲート制御信号Vgt2がゆるやかに変化している期間、第1ハイサイドスイッチMH1、第1ローサイドスイッチML1、第2ハイサイドスイッチMH2および第2ローサイドスイッチML2は、可変抵抗として機能する。たとえば、第2ゲート制御信号Vgt2がゆるやかに立ち上がる場合、駆動電流Ioutは、第1出力端子104から第2出力端子106に向かう方向にゆるやかに立ち上がりながら流れる。逆に、第2ゲート制御信号Vgt2がゆるやかに低下する場合、駆動電流Ioutは、第1出力端子104から第2出力端子106に向かう方向にゆるやかにその電流が小さくなりながら流れる。
図7は、図6の傾斜信号生成部32の構成を示す。
傾斜信号生成部32は、アップダウンカウンタ82と、DA(Digital Analog)コンバータ84とを含む。アップダウンカウンタ82は、通電信号Vrunがローレベルからハイレベルに遷移した後、クロック信号Vclkをカウントアップする。アップダウンカウンタ82は、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移した後、クロック信号Vclkをカウントダウンする。傾斜信号生成部32は、各クロックにおけるアップダウンカウンタ82のカウント値をDA変換して傾斜信号Vslpを出力する。カウントアップおよびカウントダウンの回数はたとえばN=1000なら150回程度に設定する。最適値は実験で定めればよい。
図8は、図6の電子機器200の動作を示すタイムチャートである。図8のタイムチャートは、上から順に、逆起電圧Vbem1、方形波信号Vrct、パルス列Vpls、通電信号Vrun、傾斜信号Vslp、第1ゲート制御信号Vgt1、第2ゲート制御信号Vgt2、駆動電流Ioutを示す。同図において、縦軸および横軸は適宜拡大、縮小して示される。
時刻T0において通電信号Vrunが立ち上がると、アップダウンカウンタ82は、カウントアップを開始し、時刻T1に至るまでカウントアップ継続する。したがって、時刻T0〜T1の期間、DAコンバータ84から出力される傾斜信号Vslpはゆるやかに立ち上がる。分配器34は、傾斜信号Vslpを第1ゲート制御信号Vgt1として出力し、駆動電流Ioutは第2出力端子106から第1出力端子104に向かってゆるやかに立ち上がりながら流れる。時刻T1〜T2の期間は、アップダウンカウンタ82はカウント値を保持しており、傾斜信号Vslpは一定レベルを保つ。したがって、この間、駆動電流Ioutは一定レベルを保つ。時刻T2において、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移すると、アップダウンカウンタ82はカウントダウンを開始し、時刻T3まで継続する。したがって、傾斜信号Vslpはゆるやかに低下し、第1ゲート制御信号Vgt1も同様にゆるやかに低下する。したがって、駆動電流Ioutは第2出力端子106から第1出力端子104に向かってゆるやかにその電流が小さくなりながら流れる。
時刻T3〜T4の期間、傾斜信号Vslpは0Vであるから時刻T4において通電信号Vrunが立ち上がるまで、駆動電流Ioutは0Aである。時刻T4において通電信号Vrunが立ち上がると、アップダウンカウンタ82はカウントアップを開始する。したがって、傾斜信号Vslpはゆるやかに立ち上がる。ここで、分配器34は、時刻T4においてパルス列Vplsのパルスを受け、傾斜信号Vslpを今度は第2ゲート制御信号Vgt2として出力する。したがって、駆動電流Ioutは、第1出力端子104から第2出力端子106に向かってゆるやかに立ち上がりながら流れる。時刻T4〜T5の期間、アップダウンカウンタ82はカウント値を保持しており、傾斜信号Vslpは一定レベルを保つ。したがって、この間、駆動電流Ioutは一定レベルを保つ。時刻T5において、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移すると、アップダウンカウンタ82はカウントダウンを開始し、時刻T6まで継続する。したがって、時刻T5〜T6の期間、傾斜信号Vslpはゆるやかに低下するので、駆動電流Ioutは第1出力端子104から第2出力端子106に向かってゆるやかにその電流が小さくなりながら流れる。時刻T6〜T7の期間は、時刻T3〜T4の期間と同様に、駆動電流Ioutは0Aである。
以上のように構成された第3の実施の形態にかかる電子機器200は、第1の実施の形態において述べたのと同様の効果を奏する。さらに、第3の実施の形態の電子機器200によれば、傾斜信号生成部32は、通電信号Vrunの立ち上がりを契機としてゆるやかに電位が上昇し、その後、一定の電位を保ち、通電信号Vrunの立ち下がりを契機としてゆるやかに電位が下降する傾斜信号Vslpを出力し、出力回路42は、その傾斜信号Vslpにもとづき駆動電流Ioutを通電開始および停止時にゆるやかに変化させるので、ノイズの発生を低減でき、モータ102を静音化できる。
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態では、第2の実施の形態におけるマスク処理機能および第3の実施の形態における駆動電流Ioutの変動をゆるやかにする機能を両方備える電子機器200について説明する。なお、第4の実施の形態の場合、Nは3以上の自然数とする。
図9は、第4の実施の形態にかかる電子機器200の構成を示す。図9において、図1、図4、図6の構成要素と同一または同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
ANDゲート24および26の出力は、ORゲート96および98においてマスク信号Vmskとの論理和演算され、第1分配制御信号Vcnt1および第2分配制御信号Vcnt2として分配器34に出力される。
分配器34は、第1分配制御信号Vcnt1がハイレベルのとき、傾斜信号Vslpを第1ゲート制御信号Vgt1として出力する。分配器34は、第2分配制御信号Vcnt2がハイレベルのとき、傾斜信号Vslpを第2ゲート制御信号Vgt2として出力する。
図10は、図9の分配器34の構成を示す。
分配器34は、NOTゲート64および66と、第1トランスファゲート68と、第2トランスファゲート72と、を含む。第1トランスファゲート68および第2トランスファゲート72は第1分配制御信号Vcnt1および第2分配制御信号Vcnt2がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフとなる。
第1分配制御信号Vcnt1がハイレベルである期間、第1トランスファゲート68はオンであり、傾斜信号Vslpを通過させて第1ゲート制御信号Vgt1として出力する。一方、第2トランスファゲート72はオフであり、第2ゲート制御信号Vgt2はローレベルとなる。第2分配制御信号Vcnt2がハイレベルである期間、第2トランスファゲート72はオンであり、傾斜信号Vslpを通過させて第2ゲート制御信号Vgt2として出力する。一方、第1トランスファゲート68はオフであり、第1ゲート制御信号Vgt1はローレベルとなる。
第4の実施の形態の電子機器200は、第1〜第3の実施の形態において述べたのと同様の効果を奏する。さらに、第4の実施の形態の電子機器200によれば、第1分配制御信号Vcnt1および第2分配制御信号Vcnt2を生成する際にマスク信号Vmskを利用するので、分配器34を制御するために別の信号を作る場合と比較して回路規模を低減できる。
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
第2の実施の形態において、パルス列生成部38は、エッジ検出回路14により方形波信号Vrctのエッジを検出したエッジ検出信号Vedgに対し、マスク処理部40においてマスク処理をしたが、本発明はこれには限定されない。パルス列生成部38は、マスク処理部40により方形波信号Vrctのノイズ成分を除去したうえで、エッジ検出回路14により方形波信号Vrctのエッジを検出してもよい。つまり、結果としてコイルの両端に現れる逆記電圧が0Vとなるタイミングを検出できればよい。
図11は、変形例にかかるパルス列生成部38の構成を示す。
パルス列生成部38は、ノイズマスク処理部116と、エッジ検出回路14とを含む。ノイズマスク処理部116は、マスク回路16と、マスク信号生成部22とを含む。ノイズマスク処理部116は、通電信号Vrunがハイレベルからローレベルに遷移してからクロック信号VclkをL回カウントするマスク処理期間、方形波信号Vrctのレベル遷移を無効化する。エッジ検出回路14は、ノイズマスク処理部116から出力される方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、エッジ検出信号Vedgを生成する。生成されたエッジ検出信号Vedgは、パルス列Vplsとして出力される。
本変形例によれば、エッジ検出回路14は、マスク処理期間におけるレベル遷移が無効化された方形波信号Vrctのエッジを検出するので、ノイズにより生じたエッジを検出することによる誤作動のリスクが低減される。また、第2の実施の形態と同様、モータ102の回転数が変化すると、クロック信号Vclkの周波数もそれに比例して変化するので、方形波信号Vrctのレベル遷移を無効化する期間が自動的に制御される。
第3の実施の形態において、傾斜信号生成部32は、アップダウンカウンタ82と、DAコンバータ84とにより構成されたが、本発明はこれに限定されない。
図12は、変形例にかかる傾斜信号生成部32およびクロック信号生成部18の構成を示す。クロック信号生成部18の構成は周知であるので概略のみにとどめる。クロック信号生成部18は、位相比較器86と、ローパスフィルタ88と、VCO(Voltage Controlled Oscillator)92と、1/N分周器94と、を含む。位相比較器86は、パルス列Vplsおよび1/Nに分周されたクロック信号Vclkの位相差に応じた大きさの信号を出力する。ローパスフィルタ88は、その信号の高周波成分を除去して直流信号Vdcを出力する。
傾斜信号生成部32は、基準電圧源110と、コンダクタンスアンプ112と、第1トランジスタQ1と、第2トランジスタQ2と、第3トランジスタQ3と、第4トランジスタQ4と、第5トランジスタQ5と、第6トランジスタM6と、キャパシタC11と、バッファ114と、を含む。コンダクタンスアンプ112と、第1トランジスタQ1〜第6トランジスタM6は、キャパシタC11を充放電する充放電部を構成する。第1トランジスタQ1〜第3トランジスタQ3は、PNP型バイポーラトランジスタ、第4トランジスタQ4、第5トランジスタQ5は、NPN型バイポーラトランジスタである。また、第6トランジスタM6は、NチャンネルのMOSFETである。
コンダクタンスアンプ112の反転入力端子は基準電圧源110に接続される。コンダクタンスアンプ112の非反転入力端子はローパスフィルタ88およびVCO92の接続点に接続される。コンダクタンスアンプ112は、基準電圧Vrefと直流信号Vdcとの差を電流に変換する。VdcがVrefと比較して大きいほど、大きな電流に変換される。コンダクタンスアンプ112から出力される電流を、変換電流Itrnsという。
第1トランジスタQ1は、変換電流Itrnsの電流経路上に設けられる。第1トランジスタQ1〜第3トランジスタQ3は、ベースおよびエミッタ端子が共通に接続されており、カレントミラー回路を構成する。第1トランジスタQ1〜第3トランジスタQ3のトランジスタサイズは等しく設定されており、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3には、変換電流Itrnsと同量の電流が流れる。
第5トランジスタQ5および、第4トランジスタQ4は、それぞれ、第2トランジスタQ2、第3トランジスタQ3の電流経路上に設けられる。第5トランジスタQ5、第4トランジスタQ4はベースおよびエミッタが共通に接続され、カレントミラー回路を構成している。第4トランジスタQ4のトランジスタサイズは、第5トランジスタQ5のトランジスタサイズの2倍に設定される。
第6トランジスタM6は、そのドレインが、第5トランジスタQ5のベース、コレクタおよび第4トランジスタQ4のベースに接続される。第6トランジスタM6の制御端子であるゲートには、通電信号Vrunが入力される。
第3トランジスタQ3および第4トランジスタQ4のコレクタ端子は、キャパシタC11の一端に接続される。キャパシタC11の他端は接地される。キャパシタC11に現れる電圧は、バッファ114を介して、傾斜信号Vslpとして出力される。
通電信号Vrunがハイレベルのとき、第6トランジスタM6はオンし、第5トランジスタQ5および第4トランジスタQ4はオフとなる。このとき、第1トランジスタQ1、第2トランジスタQ2および第3トランジスタQ3はカレントミラーを構成しているので、変換電流Itrnsと同じ大きさの電流が第3トランジスタQ3に流れる。このとき、第4トランジスタQ4に電流は流れないため、キャパシタC11は、第3トランジスタQ3に流れる電流Itrnsで充電され、傾斜信号Vslpは一定の傾きでゆるやかに上昇する。
通電信号Vrunがローレベルの場合、第6トランジスタM6はオフとなる。このとき、第5トランジスタQ5および第4トランジスタQ4は、ミラー比が1:2のカレントミラーを構成しているので、第5トランジスタQ5には変換電流Itrnsと同じ大きさの電流が流れ、第4トランジスタQ4には2倍の大きさの電流が流れる。第3トランジスタQ3に流れる電流も変換電流Itrnsと同じ大きさとなる。通電信号Vrunがローレベルのとき、キャパシタC11は、第3トランジスタQ3に流れる電流Itrnsにより充電され、同時に、第4トランジスタQ4に流れる電流2×Itrnsにより放電される。その結果、キャパシタC11に蓄えられた電荷は、電流Itrns(=2×Itrns−Itrns)で放電されることになり、傾斜信号Vslpは、先程と同じ傾きでゆるやかに低下していく。
本変形例によれば、充放電部は、キャパシタC11を充電する電流を、VCO92に入力される直流信号Vdcにより調節するので、モータ102の回転数が変化した場合、その変化に対応した充電電流をキャパシタC11に供給できる。また、傾斜信号生成部32の回路規模を低減できる。
第1の実施の形態にかかる電子機器の構成を示す回路図である。 図2(a)は、図1のパルス列生成部に含まれるエッジ検出回路の構成を示す回路図、図2(b)は、図2(a)のエッジ検出回路の動作を示すタイムチャートである。 図1の電子機器の動作を示すタイムチャートである。 第2の実施の形態にかかる電子機器の構成を示す回路図である。 図4パルス列生成部におけるマスク処理動作のタイムチャートである。 第3の実施の形態にかかる電子機器の構成を示す回路図である。 図6の傾斜信号生成部の構成を示す回路図である。 図6の電子機器の動作を示すタイムチャートである。 第4の実施の形態にかかる電子機器の構成を示す回路図である。 図9の分配器の構成を示す回路図である。 変形例にかかるパルス列生成部の構成を示す回路図である。 変形例にかかる傾斜信号生成部およびクロック信号生成部の構成を示す回路図である。
符号の説明
12 ヒステリシスコンパレータ、 14 エッジ検出回路、 16 マスク回路、 18 クロック信号生成部、 20 通電信号生成部、 22 マスク信号生成部、 32 傾斜信号生成部、 34 分配器、 36 パワートランジスタ回路、 38 パルス列生成部、 40 マスク処理部、 42 出力回路、 44 プリドライバ、 100 モータ駆動装置、 102 モータ、 200 電子機器、 Vcnt1 第1分配制御信号、 Vcnt2 第2分配制御信号、 Iout 駆動電流、 Vclk クロック信号、 Vedg エッジ検出信号、 Vgt1 第1ゲート制御信号、 Vgt2 第2ゲート制御信号、 Vmsk マスク信号、 Vpls パルス列、 Vrct 方形波信号、 Vbem1 逆起電圧、 Vbem2 逆起電圧、 Vrun 通電信号、 Vslp 傾斜信号。

Claims (10)

  1. 単相モータのコイルの両端に現れる電圧を比較し、方形波信号を出力するコンパレータと、
    前記方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するパルス列生成部と、
    前記単相モータの回転数に比例した周波数を有するクロック信号のクロック数をカウントすることによって前記パルス列の周期を所定の比率で前半と後半に分割し、前半においては前記コイルに対する通電を指示する第1レベルとなり、後半においては前記コイルに対する不通電を指示する第2レベルとなる通電信号を生成する通電信号生成部と、
    を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記パルス列の周波数をN倍(Nは2以上の自然数)した周波数を有するクロック信号を生成するクロック信号生成部をさらに備え、
    前記通電信号生成部は、前記パルスが発生してから前記クロック信号をM回(Mは、M<Nを満たす自然数)カウントする期間、前記第1レベルとなり、その後、前記クロック信号を(N−M)回カウントする期間、前記第2レベルとなる通電信号を生成することを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記パルス列生成部は、
    前記方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するエッジ検出回路と、
    所定のノイズ除去期間、前記パルスをマスクするマスク処理部と、
    を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記Nは3以上の自然数であり、
    前記マスク処理部は、前記通電信号が前記第1レベルから前記第2レベルに遷移してから、前記クロック信号をL回(Lは、L<(N−M)を満たす自然数)カウントする期間、前記パルスをマスクすることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記パルス列生成部は、
    所定のノイズ除去期間、前記方形波信号のレベル遷移を無効化するマスク処理部と、
    前記マスク処理部から出力される方形波信号のエッジを検出するごとにパルスを発生し、パルス列を生成するエッジ検出回路と、
    を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  6. 前記Nは3以上の自然数であり、
    前記マスク処理部は、前記通電信号が前記第1レベルから前記第2レベルに遷移してから、前記クロック信号をL回(Lは、L<(N−M)を満たす自然数)カウントする期間、前記方形波信号のレベル遷移を無効化することを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動装置。
  7. 前記通電信号のレベル遷移を契機としてゆるやかに電位が変化する傾斜信号を出力する傾斜信号生成部と、
    前記傾斜信号にもとづき前記単相モータのコイルに供給する駆動電流をゆるやかに変化させる出力回路と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  8. 前記傾斜信号生成部は、
    前記通電信号が前記第1レベルおよび前記第2レベルの間で遷移したときに、その遷移の方向に応じてカウントアップまたはカウントダウンするアップダウンカウンタと、
    前記アップダウンカウンタのカウント値をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換回路と、を含み、
    前記デジタルアナログ変換回路の出力信号を前記傾斜信号として出力することを特徴とする請求項7に記載のモータ駆動装置。
  9. ひとつの基板に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のモータ駆動装置。
  10. 単相モータと、該単相モータを駆動する請求項1から9のいずれかに記載のモータ駆動装置と、を備えることを特徴とする電子機器。
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