JP2007124728A - モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ動作時にスイッチング回路の素子に過大な損失を負わせることなく、スイッチング回路を保護することが可能なモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を外部スイッチング素子７及びスイッチング回路に設けられたダイオード６ａ、６ｂ、６ｃを通じてモータコイル１ａ、１ｂ、１ｃへ直列接続する閉回路内で消費させてモータに強制ブレーキをかける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ、ＣＤ・ＤＶＤなどのマルチメディアプレーヤ等に用いられるＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路に関する。

ＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路において、例えば３相のモータコイルに通電する場合、スイッチング回路５５により２相のコイルを選択して通電しモータを回転駆動する。具体的には、図２において３相分のモータコイル５１ａ、５１ｂ、５１ｃには上段側スイッチング素子（上段側ＦＥＴ）５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び下段側スイッチング素子（下段側ＦＥＴ）５３ａ、５３ｂ、５３ｃが直列に接続されている。上記上段側ＦＥＴアレイのいずれかと下段側ＦＥＴアレイのいずれかをＯＮすることにより、選択された２相分のモータコイルへ通電するようになっている。

上記スイッチング回路５５は、図示しない制御部から例えば上段側ＦＥＴアレイのゲート電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス幅変調制御方式でモータ駆動が制御される。上段側及び下段側の各ＦＥＴには、ダイオード５４ａ〜５４ｃ、５５ａ〜５５ｃが並列に接続されている。モータ駆動回路は、モータを減速するため強制ブレーキが用いられる。即ち、強制ブレーキをかける場合には、上段側ＦＥＴアレイ及び下段側ＦＥＴアレイのいずれか一方側を全相ＯＮにし他方側を全相ＯＦＦにすることで、モータコイル５１ａ、５１ｂ、５１ｃがスイッチング回路５５（ＦＥＴ５２ａ〜５２ｃ、５３ａ〜５３ｃ及びダイオード５４ａ〜５４ｃ、５５ａ〜５５ｃ）を通じてショートするように閉回路を形成する。

例えば、上段側ＦＥＴアレイが全相ＯＮのときのある瞬間の短絡電流回路は、モータコイル５１ａ→モータコイル５１ｂ→ダイオード５４ｂ→ＦＥＴ５２ａ→モータコイル５１ａとなる閉回路を形成する。また、下段側ＦＥＴアレイが全相ＯＮのときのある瞬間の短絡電流回路は、モータコイル５１ｂ→ＦＥＴ５３ｂ→ダイオード５５ｃ→モータコイル５１ｃ→モータコイル５１ｂとなる閉回路を形成する。
このように、モータコイル５１ａ、５１ｂ、５１ｃに蓄えられたエネルギー（逆起電力）を上段側若しくは下段側ＦＥＴアレイを含む閉回路内に通電して消費させることでモータに強制ブレーキをかけるようになっている。

上述した強制ブレーキをかけた場合、即ち上段側ＦＥＴアレイ若しくは下段側ＦＥＴアレイのうちいずれか一方側を全相ＯＮにしたときの閉回路に流れるブレーキ電流波形を図３に示す。モータコイル５１ａ、５１ｂ、５１ｃに蓄えられたエネルギーは、スイッチング素子（ＦＥＴ）を含む閉回路に瞬間的に大きな電流（グラフ図では１５Ａ〜２０Ａ）が還流し、スイッチング素子やコイルの発熱となって消費される。このような過大な電流量が流れるため設計上使用に耐えないうえに、ＦＥＴがＯＮになることによる発熱に加えて更なる発熱が発生するため素子が破壊されるおそれがある。例えば、出力の大きなモータであれば、上記還流電流による損失でＦＥＴアレイのジャンクション温度の絶対最大定格を超えてしまう（即ち、使用温度＋パッケージ温度上昇＋スイッチングロスによる温度上昇＋ブレーキ電流による温度上昇＞ジャンクション温度の絶対最大定格となる）。よって、ＦＥＴが壊れないようにするため、容量の大きなＦＥＴを使用する必要があり、製品コストを増大させる要因となっている。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ブレーキ動作時にスイッチング回路の素子に過大な損失を負わせることなく、低コストでスイッチング回路を保護することが可能なモータ駆動回路を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
モータコイルに各々直列に接続される上段側スイッチング素子群及び下段側スイッチング素子群を備えたスイッチング回路のうち上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子のいずれかを同時にＯＮ／ＯＦＦしてモータコイルに選択的に通電することによりモータを回転駆動させるモータ駆動回路において、スイッチング回路といずれかのモータコイルとを接続するブレーキ専用の外部スイッチング素子を設けて閉回路を形成し、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を外部スイッチング素子及びスイッチング回路内に設けられたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させてモータに強制ブレーキをかけることを特徴とする。
具体的には、上段側スイッチング素子群及び下段側スイッチング素子群をすべてＯＦＦしてからブレーキ専用の外部スイッチング素子のみをＯＮすることにより、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を上段側又は下段側の各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させることを特徴とする。

上述したモータ駆動回路を用いれば、スイッチング回路といずれかのモータコイルとを接続するブレーキ専用の外部スイッチング素子を設けて閉回路を形成し、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を外部スイッチング素子及びスイッチング回路内に設けられたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させてモータに強制ブレーキをかける。これにより、ブレーキ動作時にモータコイルに蓄えられたエネルギーの消費をいずれかのモータコイルと接続するブレーキ専用の外部スイッチング素子のみに負わせることができるので、スイッチング回路を構成するスイッチング素子に過大な損失を負わせることなく、低コストでスイッチング回路を保護することができる。
即ち、上段側スイッチング素子群及び下段側スイッチング素子群をすべてＯＦＦしてから、ブレーキ専用の外部スイッチング素子のみをＯＮすることにより、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を外部スイッチング素子や上段側又は下段側の各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させるので、スイッチング回路を構成するスイッチング素子のグレードを上げることなく、必要最小限の部品を設けるだけでスイッチング回路を保護した状態で強制ブレーキをかけることができる。

以下、本発明に係るモータ駆動回路の最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態のモータ駆動回路は、３相のＤＣブラシレスモータの駆動回路を例示して説明するものとする。

図１において、モータ駆動回路の回路構成について説明する。
３相のモータコイル１ａ、１ｂ、１ｃに各々直列に接続される上段側スイッチング素子群（ＦＥＴアレイ）２及び下段側スイッチング素子群（ＦＥＴアレイ）３を備えたスイッチング回路４が設けられている。上段側ＦＥＴアレイ２はＦＥＴ２ａ、２ｂ、２ｃ及びこれに並列に接続されたダイオード５ａ、５ｂ、５ｃが設けられている。下段側ＦＥＴアレイ３はＦＥＴ３ａ、３ｂ、３ｃ及びこれに並列に接続されたダイオード６ａ、６ｂ、６ｃが設けられている。

上段側ＦＥＴアレイ２及び下段側ＦＥＴアレイ３は、図示しない制御部よりゲート電圧を制御されてＯＮ／ＯＦＦされる。上段側ＦＥＴアレイ２と下段側ＦＥＴアレイ３のいずれかを同時にＯＮ／ＯＦＦしてモータコイルに選択的に通電することによりモータを回転駆動させるようになっている。上記スイッチング回路４は、図示しない制御部から例えば上段側ＦＥＴアレイ２のゲート電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス幅変調制御方式でモータ駆動が制御される。

上述したモータ駆動回路において、スイッチング回路４とモータコイル１ａ、１ｂ、１ｃのいずれか（本実施例ではモータコイル１ａ）を接続するブレーキ専用の外部スイッチング素子（ブレーキ専用ＦＥＴ）７が設けられている。また、スイッチング回路４には、モータ電流を検出するための電流検出抵抗８が接続されている。

ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を上段側ＦＥＴアレイ２及び下段側ＦＥＴアレイ３に設けられたダイオード５ａ、５ｂ、５ｃ、ダイオード６ａ、６ｂ、６ｃを通じてモータコイル１ａ、１ｂ、１ｃへ直列接続する閉回路内で消費させてモータに強制ブレーキをかけるようになっている。

即ち図示しない制御部からの制御信号により、上段側ＦＥＴアレイ２及び下段側ＦＥＴアレイ３の各ＦＥＴをすべてＯＦＦしてから、ブレーキ専用ＦＥＴ７のみをＯＮすることにより、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を上段側ダイオード５ａ、５ｂ、５ｃ又は下段側のダイオード６ａ、６ｂ、６ｃを通じてモータコイル１ａ、１ｂ、１ｃへ直列接続する閉回路内で消費させる。モータコイルで発生した逆起電力によりある瞬間において閉回路を還流する電流の一例について説明すると、モータコイル１ａ→ブレーキ専用ＦＥＴ７→ダイオード６ｃ→モータコイル１ｃ→モータコイル１ａからなる閉回路を還流し、或いはモータコイル１ａ→ブレーキ専用ＦＥＴ７→ダイオード６ｂ→モータコイル１ｂ→モータコイル１ａからなる閉回路を還流する。このようにすべてのモータコイルで発生する逆起電力はブレーキ専用ＦＥＴ７をＯＮすることにより形成される閉回路を通じて通電して消費させることで、スイッチング回路４を構成するスイッチング素子を保護することができる。

上述した実施例は、モータコイルと下段側ＦＥＴアレイ３との間にブレーキ専用ＦＥＴ７を接続したが、モータコイルと上段側ＦＥＴアレイ２との間に接続してもよい。また、スイッチング素子は電圧制御によるＦＥＴを例示したが、電流制御によるバイポーラ型のトランジスタであってもよい。
また、図１において、例えばモータコイル１ａとブレーキ専用ＦＥＴ７との間にブレーキ抵抗９を直列に接続することによりモータの停止時間を遅延させることができる。これにより、モータの急停止に伴う駆動伝達機構のギヤの損傷を回避することができる。この場合のモータ停止時間は、ブレーキ抵抗９の抵抗値を変更することで任意に調整することができる。
更には、３相のＤＣブラシレスモータを例示して説明したが２相のＤＣブラシレスモータであっても適用できるなど様々な改変をなし得る。

モータ駆動回路の回路構成図である。 従来のモータ駆動回路の回路構成図である。 従来のモータ駆動回路に流れるブレーキ電流波形を示すグラフ図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ モータコイル
２ 上段側ＦＥＴアレイ
２ａ、２ｂ、２ｃ、３ａ、３ｂ、３ｃ ＦＥＴ
３ 下段側ＦＥＴアレイ
４ スイッチング回路
５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ ダイオード
７ ブレーキ専用ＦＥＴ
８ 電流検出抵抗
９ ブレーキ抵抗

Claims (2)

1. モータコイルに各々直列に接続される上段側スイッチング素子群及び下段側スイッチング素子群を備えたスイッチング回路のうち上段側スイッチング素子と下段側スイッチング素子のいずれかを同時にＯＮ／ＯＦＦしてモータコイルに選択的に通電することによりモータを回転駆動させるモータ駆動回路において、
   スイッチング回路といずれかのモータコイルとを接続するブレーキ専用の外部スイッチング素子を設けて閉回路を形成し、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を外部スイッチング素子及びスイッチング回路内に設けられたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させてモータに強制ブレーキをかけることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 上段側スイッチング素子群及び下段側スイッチング素子群をすべてＯＦＦしてからブレーキ専用の外部スイッチング素子のみをＯＮすることにより、ロータに蓄えられた機械エネルギーを磁気回路を通じて電気エネルギーに変換して生じるコイル電流を上段側又は下段側の各スイッチング素子に並列に接続されたダイオードを通じてモータコイルへ直列接続する閉回路内で消費させることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。

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