JP2011139581A

JP2011139581A - Motor drive circuit

Info

Publication number: JP2011139581A
Application number: JP2009297571A
Authority: JP
Inventors: Kazunobu Takai; 和順高井; Takeshi Naganuma; 武長沼; Kosaku Hioki; 耕作日置; Yoshihiro Niwa; 義博丹羽
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP5523821B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit that drives a stepping motor with high efficiency. <P>SOLUTION: In a motor drive circuit, a driver unit 30 supplies currents different in phase to a first coil 22 and a second coil 24 to rotate a rotor 26. A control unit 10 generates a drive signal based on an externally set input signal, and sets the drive signal in the driver unit 30. When the driver unit 30 is in a high-impedance state as viewed from the first coil 22 or the second coil 24, the induced voltage detection unit 40 detects the voltage across the first coil 22 or that across the second coil 24 to detect an induced voltage occurring in the first coil 22 or the second coil 24. The control unit 10 adaptively varies the drive signal so that the difference between a target value of induced voltage and the value of induced voltage detected by the induced voltage detection unit 40 is reduced and thereby adjusts the phase of the induced voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、二つのコイルに異なる位相の電流を供給することにより、ロータを回転させるモータ駆動回路に関する。 The present invention relates to a motor drive circuit that rotates a rotor by supplying currents of different phases to two coils.

モータには様々な種類があるが、位置を正確に決定できるモータの代表例としてステッピングモータがあり、各種の装置において広く利用されている。たとえば、カメラの焦点合わせ、手ぶれ補正、工作機械の位置決めなどに利用されている。 Although there are various types of motors, there is a stepping motor as a typical example of a motor that can accurately determine the position, and it is widely used in various devices. For example, it is used for camera focusing, camera shake correction, machine tool positioning, and the like.

一般的なステッピングモータでは、二つのステータコイルに供給される電流の位相差により、ロータの回転位置が制御される。したがって、原理的に二つのステータコイルに供給する電流量に関係なく、ロータを回転させることができる。ただし、ステータコイルに供給する電流が小さすぎるとトルクが小さすぎて、脱調する可能性がある。したがって、ロータを確実に回転させるには、ステータコイルに比較的大きな電流を供給することが好ましい。 In a general stepping motor, the rotational position of the rotor is controlled by a phase difference between currents supplied to two stator coils. Therefore, in principle, the rotor can be rotated regardless of the amount of current supplied to the two stator coils. However, if the current supplied to the stator coil is too small, the torque may be too small and step out may occur. Therefore, in order to reliably rotate the rotor, it is preferable to supply a relatively large current to the stator coil.

特開２００６−２８８０５６号公報JP 2006-288056 A 特開平８−３７７９８号公報JP-A-8-37798

しかしながら、電気機器における消費電力はできるだけ小さくしたいという要求がある。とくに、バッテリ駆動の携帯機器などではその要求が大きい。したがって、脱調を抑制しつつ、低消費電力で駆動することができる駆動方式が求められている。 However, there is a demand for minimizing power consumption in electrical equipment. In particular, there is a great demand for battery-powered portable devices. Therefore, there is a demand for a drive system that can be driven with low power consumption while suppressing step-out.

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、ステッピングモータを高効率駆動する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for driving a stepping motor with high efficiency.

本発明のある態様の駆動回路は、第１コイル、第２コイルおよびロータを含むモータの駆動回路であって、第１コイルおよび第２コイルに位相の異なる電流を供給して、ロータを回転させる駆動部と、外部から設定される入力信号をもとに駆動信号を生成し、駆動部に設定する制御部と、第１コイルまたは第２コイルからみて駆動部がハイインピーダンス状態のとき、第１コイルの両端電圧または第２コイルの両端電圧を検出して、第１コイルまたは第２コイルに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、を備える。制御部は、誘起電圧の目標値と、誘起電圧検出部により検出される誘起電圧の値との差分が小さくなるよう駆動信号を適応的に変化させることにより、誘起電圧の位相を調整する。 A driving circuit according to an aspect of the present invention is a driving circuit for a motor including a first coil, a second coil, and a rotor, and supplies currents having different phases to the first coil and the second coil to rotate the rotor. When the driving unit is in a high impedance state when viewed from the driving unit, the control unit that generates a driving signal based on an input signal set from the outside, and is set in the driving unit, and the first coil or the second coil, the first And an induced voltage detector that detects the voltage at both ends of the coil or the voltage at both ends of the second coil and detects the induced voltage generated in the first coil or the second coil. The control unit adjusts the phase of the induced voltage by adaptively changing the drive signal so that the difference between the target value of the induced voltage and the value of the induced voltage detected by the induced voltage detecting unit becomes small.

本発明によれば、ステッピングモータを高効率駆動することができる。 According to the present invention, the stepping motor can be driven with high efficiency.

ステッピングモータおよびその駆動回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a stepping motor and its drive circuit. 駆動部の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of a drive part. ステッピングモータの回転位相を示す図である。It is a figure which shows the rotation phase of a stepping motor. 第１コイルの駆動電圧波形および誘起電圧波形を示す図（トルク高）である。It is a figure (torque high) which shows the drive voltage waveform and induced voltage waveform of a 1st coil. 第１コイルの駆動電圧波形および誘起電圧波形を示す図（トルク適切）である。It is a figure (torque appropriate) which shows the drive voltage waveform and induced voltage waveform of a 1st coil. 制御部の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a control part. 更新部による、更新値保持部に保持される更新値の更新処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the update process of the update value hold | maintained at the update value holding | maintenance part by the update part. 誘起電圧検出部の詳細な構成よびステッピングモータと誘起電圧検出部との詳細な接続関係を示す図である。It is a figure which shows the detailed connection relationship of the detailed structure of an induced voltage detection part, and a stepping motor and an induced voltage detection part.

図１は、ステッピングモータ２００およびその駆動回路１００の構成を示す図である。ステッピングモータ２００の制御装置（図示せず）から供給される入力信号は、駆動回路１００に入力される。駆動回路１００は、当該入力信号に応じた駆動電流をステッピングモータ２００に供給する。これにより、当該入力信号に応じたステッピングモータ２００の回転制御が実現される。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a stepping motor 200 and its drive circuit 100. An input signal supplied from a control device (not shown) of the stepping motor 200 is input to the drive circuit 100. The drive circuit 100 supplies a drive current corresponding to the input signal to the stepping motor 200. Thereby, rotation control of the stepping motor 200 according to the input signal is realized.

ステッピングモータ２００は、第１コイル２２、第２コイル２４およびロータ２６を含む。第１コイル２２および第２コイル２４は、互いに電気角で９０°位置がずれて配置される。したがって、ロータ２６に対する磁界の方向もロータの中心角に対して、互いに電気角で９０°ずれている。 The stepping motor 200 includes a first coil 22, a second coil 24, and a rotor 26. The first coil 22 and the second coil 24 are arranged with an electrical angle of 90 ° shifted from each other. Therefore, the direction of the magnetic field with respect to the rotor 26 is also deviated by 90 degrees in electrical angle with respect to the central angle of the rotor.

ロータ２６は、磁性体（たとえば、永久磁石）を含んでおり、第１コイル２２および第２コイル２４からの磁界に応じて安定する位置が決定される。駆動回路１００は、第１コイル２２および第２コイル２４に互いに９０°位相の異なる交流電流を供給することにより、両者の電流位相に差を設け、ロータ２６を回転させることができる。 The rotor 26 includes a magnetic material (for example, a permanent magnet), and a stable position is determined according to the magnetic fields from the first coil 22 and the second coil 24. The drive circuit 100 can rotate the rotor 26 by providing the first coil 22 and the second coil 24 with alternating currents having phases different from each other by 90.degree.

また、駆動回路１００は、電流位相の変化を特定のタイミングで停止させることにより、そのタイミングの電流位相に応じた、特定の位置にロータ２６を停止させることができる。これらの処理により、ステッピングモータ２００の回転を制御することができる。 In addition, the drive circuit 100 can stop the rotor 26 at a specific position corresponding to the current phase at the timing by stopping the change of the current phase at a specific timing. With these processes, the rotation of the stepping motor 200 can be controlled.

以下、駆動回路１００についてより具体的に説明する。駆動回路１００は、制御部１０、駆動部３０および誘起電圧検出部４０を含む。制御部１０は、外部から設定される入力信号をもとに駆動信号を生成し、駆動部３０に設定する。駆動部３０は、第１コイル２２および第２コイル２４に位相の異なる電流を供給して、ロータ２６を回転させる。 Hereinafter, the drive circuit 100 will be described more specifically. The drive circuit 100 includes a control unit 10, a drive unit 30, and an induced voltage detection unit 40. The control unit 10 generates a drive signal based on an externally set input signal and sets the drive signal in the drive unit 30. The drive unit 30 supplies currents having different phases to the first coil 22 and the second coil 24 to rotate the rotor 26.

図２は、駆動部３０の構成例を説明するための図である。この構成例では、Ｈブリッジ回路により第１コイル２２を駆動する。Ｈブリッジ回路は、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２、第３トランジスタＱ３および第４トランジスタＱ４を含む。第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２との第１直列回路、および第３トランジスタＱ３と第４トランジスタＱ４との第２直列回路が、それぞれ電源とグラウンド間に接続される。第１トランジスタＱ１と第２トランジスタＱ２との接続点と、第３トランジスタＱ３および第４トランジスタＱ４との接続点との間に、第１コイル２２が接続される。 FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example of the drive unit 30. In this configuration example, the first coil 22 is driven by an H bridge circuit. The H bridge circuit includes a first transistor Q1, a second transistor Q2, a third transistor Q3, and a fourth transistor Q4. A first series circuit of the first transistor Q1 and the second transistor Q2 and a second series circuit of the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4 are respectively connected between the power supply and the ground. The first coil 22 is connected between a connection point between the first transistor Q1 and the second transistor Q2 and a connection point between the third transistor Q3 and the fourth transistor Q4.

この構成にて、第１トランジスタＱ１と第４トランジスタＱ４がオン、および第２トランジスタＱ２と第３トランジスタＱ３がオフで、第１コイル２２に順方向電流が流れ、第１トランジスタＱ１と第４トランジスタＱ４がオフ、および第２トランジスタＱ２と第３トランジスタＱ３がオンで、第１コイル２２に逆方向電流が流れる。 With this configuration, the first transistor Q1 and the fourth transistor Q4 are on, the second transistor Q2 and the third transistor Q3 are off, and a forward current flows through the first coil 22, and the first transistor Q1 and the fourth transistor When Q4 is off and the second transistor Q2 and the third transistor Q3 are on, a reverse current flows through the first coil 22.

第２コイル２４についても、第１コイル２２と同様にＨブリッジ回路で駆動することができる。このようなＨブリッジ回路を二つ設けることにより、第１コイル２２および第２コイル２４を個別に制御することができる。 Similarly to the first coil 22, the second coil 24 can be driven by an H-bridge circuit. By providing two such H-bridge circuits, the first coil 22 and the second coil 24 can be individually controlled.

図１に戻る。駆動部３０がＨブリッジ回路で構成される場合、制御部１０は、上記入力信号に応じたデューティ比を持つＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を上記駆動信号として生成し、上記Ｈブリッジ回路を構成するトランジスタのゲート端子に入力する。すなわち、第１コイル２２および第２コイル２４に供給される電力は、このＰＷＭ信号により制御される。 Returning to FIG. When the drive unit 30 is configured by an H bridge circuit, the control unit 10 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal having a duty ratio corresponding to the input signal as the drive signal, thereby configuring the H bridge circuit. Input to the gate terminal of the transistor. That is, the power supplied to the first coil 22 and the second coil 24 is controlled by this PWM signal.

誘起電圧検出部４０は、第１コイル２２または第２コイル２４からみて駆動部３０がハイインピーダンス状態のとき、第１コイル２２の両端電圧または第２コイル２４の両端電圧を検出して、第１コイル２２または第２コイル２４に発生する誘起電圧を検出する。誘起電圧検出部４０の構成例は後述する。 The induced voltage detection unit 40 detects the voltage across the first coil 22 or the voltage across the second coil 24 when the drive unit 30 is in a high impedance state when viewed from the first coil 22 or the second coil 24, and An induced voltage generated in the coil 22 or the second coil 24 is detected. A configuration example of the induced voltage detection unit 40 will be described later.

なお、第１コイル２２からみて駆動部３０がハイインピーダンス状態のときとは、第１コイル２２を駆動するＨブリッジ回路に含まれるトランジスタがすべてオフのときである。第２コイル２４からみて駆動部３０がハイインピーダンス状態のときとは、第２コイル２４を駆動するＨブリッジ回路に含まれるトランジスタがすべてオフのときである。 Note that when the driving unit 30 is in the high impedance state when viewed from the first coil 22, all the transistors included in the H bridge circuit that drives the first coil 22 are off. The time when the driving unit 30 is in the high impedance state when viewed from the second coil 24 is when all the transistors included in the H bridge circuit that drives the second coil 24 are off.

制御部１０は、第１コイル２２または第２コイル２４に発生する誘起電圧の目標値と、誘起電圧検出部４０により検出される誘起電圧の値との差分が小さくなるよう、上記駆動信号を適応的に変化させることにより、上記誘起電圧の位相を調整する。この位相調整を実現するための構成例は後述する。 The controller 10 adapts the drive signal so that the difference between the target value of the induced voltage generated in the first coil 22 or the second coil 24 and the value of the induced voltage detected by the induced voltage detector 40 becomes small. The phase of the induced voltage is adjusted. A configuration example for realizing this phase adjustment will be described later.

図３は、ステッピングモータ２００の回転位相を示す図である。第１コイル２２に供給する駆動電流のデューティ比は、電気角で示すロータ２６の回転角が０°および１８０°のとき１００％、９０°および２７０°のとき０％、ならびに４５°、１３５°、２２５°および３１５°のとき７１％である。第２コイル２４では、駆動電流のデューティ比とロータ２６の回転角との関係が、第１コイル２２のものと９０°位相がずれる。 FIG. 3 is a diagram illustrating the rotational phase of the stepping motor 200. The duty ratio of the drive current supplied to the first coil 22 is 100% when the rotation angle of the rotor 26 indicated by an electrical angle is 0 ° and 180 °, 0% when the rotation angle is 90 ° and 270 °, and 45 ° and 135 °. 71% at 225 ° and 315 °. In the second coil 24, the relationship between the duty ratio of the drive current and the rotation angle of the rotor 26 is 90 ° out of phase with that of the first coil 22.

たとえば、１−２相駆動では、第１コイル２２に供給する駆動電流のデューティ比を、０％→７１％→１００％→７１％→０％→７１％→１００％→７１％→０％のように設定する。すなわち、ロータ２６の１回転を８フェーズに分けて制御する。なお、２回目の１００％のときの電流は、１回目の１００％のときの電流と逆方向の電流である。また、３回目および４回目の７１％のときの電流は、１回目および２回目の７１％のときの電流と逆方向の電流である。 For example, in the 1-2 phase driving, the duty ratio of the driving current supplied to the first coil 22 is 0% → 71% → 100% → 71% → 0% → 71% → 100% → 71% → 0%. Set as follows. That is, one rotation of the rotor 26 is controlled in 8 phases. The current at 100% for the second time is a current in the opposite direction to the current at 100% for the first time. Further, the current at 71% for the third time and the fourth time is a current in the opposite direction to the current at 71% for the first time and the second time.

ここで、上記デューティ比は、最大トルクでの駆動を想定したものである。ステッピングモータ２００に供給する電流が十分でない場合、パワー不足となり、所望の回転精度が得られなくなる可能性がある。そこで、従来は十分に大きな電流を供給していた。しかしながら、このような駆動方式では、無駄なエネルギーロスが発生する。 Here, the duty ratio is assumed to be driven at the maximum torque. If the current supplied to the stepping motor 200 is not sufficient, there is a possibility that the power becomes insufficient and the desired rotation accuracy cannot be obtained. Therefore, conventionally, a sufficiently large current has been supplied. However, in such a driving method, useless energy loss occurs.

本実施の形態では、誘起電圧検出部４０により検出される誘起電圧に応じて、上記デューティ比を下げる制御を行う。たとえば、７１％を５７％に、１００％を８０％に下げる。なお、それぞれのデューティ比を減少させる割合は、同一の割合でなくてもよい。 In the present embodiment, control is performed to lower the duty ratio according to the induced voltage detected by the induced voltage detection unit 40. For example, 71% is reduced to 57% and 100% is decreased to 80%. In addition, the ratio which reduces each duty ratio does not need to be the same ratio.

図４は、第１コイル２２の駆動電圧波形および誘起電圧波形を示す図（トルク高）である。ここでは、第１コイル２２に十分に余裕を持った電流を供給して、高トルクで駆動している例を示している。なお、誘起電圧波形は必ずしも正弦波にならないが、ここでは正弦波に近いものとして表現している。また、駆動電圧波形は第１コイル２２の両端の電位差を波形で描いたものである。ここで、ロータ２６の回転角が９０°、２７０°では、第１コイル２２の電圧供給が０となる。図２に示したＨブリッジ回路に含まれるすべての第１〜第４トランジスタＱ１〜Ｑ４はオフに制御され、ハイインピーダンス状態となっている。したがって、第１コイル２２の両端には、誘起電圧波形がそのまま現れる。 FIG. 4 is a diagram (torque high) showing a drive voltage waveform and an induced voltage waveform of the first coil 22. Here, an example is shown in which a current having a sufficient margin is supplied to the first coil 22 to drive with high torque. The induced voltage waveform is not necessarily a sine wave, but is represented here as being close to a sine wave. The drive voltage waveform is a waveform of the potential difference between both ends of the first coil 22. Here, when the rotation angle of the rotor 26 is 90 °, 270 °, the voltage supply of the first coil 22 is zero. All the first to fourth transistors Q1 to Q4 included in the H-bridge circuit shown in FIG. 2 are controlled to be off and are in a high impedance state. Therefore, the induced voltage waveform appears as it is at both ends of the first coil 22.

図４にて、誘起電圧波形の位相は、駆動電圧波形の位相に対して進んでいる。すなわち、誘起電圧波形は、ハイインピーダンス期間に突入する前に、すでにゼロクロスしている。これは、第２コイル２４に流れる電流が十分に大きいため、ロータ２６が早期に回転するためである。 In FIG. 4, the phase of the induced voltage waveform is advanced with respect to the phase of the drive voltage waveform. That is, the induced voltage waveform has already zero-crossed before entering the high impedance period. This is because the rotor 26 rotates early because the current flowing through the second coil 24 is sufficiently large.

駆動電圧のデューティ比を下げていくと、誘起電圧波形が徐々に駆動電圧波形の位相に近づいていく。そして、脱調する直前では、誘起電圧波形は駆動電圧波形に対し遅れるようになる。そして、脱調すると、ロータ２６が回転せず、誘起電圧波形が得られなくなる。 As the duty ratio of the drive voltage is lowered, the induced voltage waveform gradually approaches the phase of the drive voltage waveform. And just before the step-out, the induced voltage waveform is delayed with respect to the drive voltage waveform. When the step-out occurs, the rotor 26 does not rotate and the induced voltage waveform cannot be obtained.

図５は、第１コイル２２の駆動電圧波形および誘起電圧波形を示す図（トルク適切）である。ここでは、第１コイル２２に適切な電流を供給して、適切なトルクで駆動している例を示している。図５では、誘起電圧波形の位相と駆動電圧波形の位相とが、略一致している。すなわち、誘起電圧波形は、ハイインピーダンス期間の中央付近でゼロクロスする。逆にいえば、ゼロクロスがハイインピーダンス期間の中央付近で発生している場合、回転精度および消費電力の両方の観点を踏まえた最適駆動と考えられる。なお、大きなトルク変動による脱調を避けるために、駆動電流に多少余裕を持たせてもよい。 FIG. 5 is a diagram (torque appropriate) showing a drive voltage waveform and an induced voltage waveform of the first coil 22. Here, an example is shown in which an appropriate current is supplied to the first coil 22 and driven with an appropriate torque. In FIG. 5, the phase of the induced voltage waveform and the phase of the drive voltage waveform are substantially the same. That is, the induced voltage waveform crosses zero near the center of the high impedance period. In other words, when the zero cross occurs near the center of the high impedance period, it is considered to be the optimum drive based on both the rotational accuracy and the power consumption. In order to avoid a step-out due to a large torque fluctuation, a slight margin may be given to the drive current.

このように、誘起電圧波形の位相を、できるだけ駆動電圧波形の位相に近づけるよう制御することにより、消費電力を低減することができる。以下、それを実現するための具体的構成について説明する。 In this way, power consumption can be reduced by controlling the phase of the induced voltage waveform to be as close as possible to the phase of the drive voltage waveform. Hereinafter, a specific configuration for realizing this will be described.

図６は、制御部１０の構成例を示す図である。この構成例では、制御部１０は、減算部１１、ＰＩＤ演算部１２、加算部１３、駆動信号生成部１４、固定値保持部１５、大小比較部１６、更新部１７、更新値保持部１８、第１モード切替スイッチＳ１１および第２モード切替スイッチＳ１２を有する。 FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the control unit 10. In this configuration example, the control unit 10 includes a subtraction unit 11, a PID calculation unit 12, an addition unit 13, a drive signal generation unit 14, a fixed value holding unit 15, a size comparison unit 16, an update unit 17, an update value holding unit 18, The first mode changeover switch S11 and the second mode changeover switch S12 are provided.

減算部１１は、上記誘起電圧の目標値と、誘起電圧検出部４０により検出される誘起電圧の値との差分を算出し、誤差信号を生成する。ここで、当該誘起電圧の値は、当該誘起電圧そのものの値であってもよいし、後述するように当該誘起電圧が所定の増幅率で増幅された値であってもよい。後者の場合、上記誘起電圧の目標値も、その増幅率で増幅された値に設定される。 The subtractor 11 calculates a difference between the target value of the induced voltage and the value of the induced voltage detected by the induced voltage detector 40, and generates an error signal. Here, the value of the induced voltage may be the value of the induced voltage itself, or may be a value obtained by amplifying the induced voltage at a predetermined amplification factor as described later. In the latter case, the target value of the induced voltage is also set to a value amplified with the amplification factor.

上記誘起電圧の目標値は、後述する調整信号の理想値に設定される。この理想値は、ステッピングモータ２００の回転制御に関する実験やシミュレーションにもとづき、導きだされる値である。すなわち、上記誘起電圧波形の位相と上記駆動電圧波形の位相とが一致する際の調整信号の値、またはその調整信号の値に一定のオフセット値を加えた値である。 The target value of the induced voltage is set to an ideal value of an adjustment signal described later. This ideal value is a value derived based on experiments and simulations related to the rotation control of the stepping motor 200. That is, the value of the adjustment signal when the phase of the induced voltage waveform and the phase of the drive voltage waveform match, or a value obtained by adding a certain offset value to the value of the adjustment signal.

また、上記目標値および上記出力値は、アナログ値であってもよいし、デジタル値であってもよいが、以下の説明では、デジタル値で規定される例を説明する。 The target value and the output value may be analog values or digital values. In the following description, an example defined by digital values will be described.

ＰＩＤ演算部１２は、減算部１１により生成された誤差信号をＰＩＤ演算する。ＰＩＤ演算部１２は、積分演算部１２ａ、比例演算部１２ｂおよび微分演算部１２ｃを含む。積分演算部１２ａは、入力される誤差信号を所定の増幅率により増幅し、増幅した誤差信号を積分して出力する。たとえば、前回の出力値を保持するレジスタを含み、前回の出力値と今回の入力値（増幅後）とを加算して、今回の出力値とする。比例演算部１２ｂは、入力される誤差信号を所定の増幅率により増幅し、出力する。微分演算部１２ｃは、入力される誤差信号を微分し、微分した誤差信号を所定の増幅率により増幅して出力する。たとえば、前回の入力値（増幅前）を保持するレジスタを含み、前回の入力値（増幅前）と今回の入力値（増幅前）との差分を算出し、その値を増幅して、今回の出力値とする。 The PID calculation unit 12 performs PID calculation on the error signal generated by the subtraction unit 11. The PID calculation unit 12 includes an integration calculation unit 12a, a proportional calculation unit 12b, and a differentiation calculation unit 12c. The integration calculation unit 12a amplifies the input error signal with a predetermined amplification factor, and integrates and outputs the amplified error signal. For example, a register that holds the previous output value is included, and the previous output value and the current input value (after amplification) are added to obtain the current output value. The proportional calculation unit 12b amplifies the input error signal with a predetermined amplification factor and outputs the amplified error signal. The differential operation unit 12c differentiates the input error signal, amplifies the differentiated error signal with a predetermined amplification factor, and outputs the amplified error signal. For example, it includes a register that holds the previous input value (before amplification), calculates the difference between the previous input value (before amplification) and the current input value (before amplification), amplifies that value, Output value.

積分演算部１２ａ、比例演算部１２ｂおよび微分演算部１２ｃのうち、有効化する演算部をユーザが任意に設定することができる。たとえば、三つの演算部をすべて有効化して用いてもよいし、比例演算部１２ｂのみを有効化して用いてもよいし、積分演算部１２ａおよび比例演算部１２ｂのみを有効化して用いてもよい。 Of the integral calculation unit 12a, the proportional calculation unit 12b, and the differential calculation unit 12c, the user can arbitrarily set the calculation unit to be activated. For example, all three calculation units may be validated and used, only the proportional calculation unit 12b may be validated, or only the integral calculation unit 12a and the proportional calculation unit 12b may be validated and used. .

加算部１３は、ＰＩＤ演算部１２に含まれる積分演算部１２ａ、比例演算部１２ｂおよび微分演算部１２ｃのうち、有効化されている演算部から出力される信号を加算して調整信号を生成する。その際、加算部１３は、ＰＩＤ演算部１２から入力される信号に、第１モード切替スイッチＳ１１を介して入力される固定値、または第２モード切替スイッチＳ１２を介して入力される調整信号の前回値をさらに加算して、調整信号を生成する。この追加的に加算される値に関する詳細な説明は後述する。 The adder 13 generates an adjustment signal by adding the signals output from the activated calculators among the integral calculator 12a, the proportional calculator 12b, and the derivative calculator 12c included in the PID calculator 12. . At that time, the adding unit 13 adds a fixed value input via the first mode changeover switch S11 or an adjustment signal input via the second mode changeover switch S12 to the signal input from the PID calculation unit 12. The previous value is further added to generate an adjustment signal. Detailed description regarding the additional value will be described later.

駆動信号生成部１４は、上述した入力信号、および加算部１３により生成された調整信号をもとに駆動信号を生成する。本実施の形態では、当該入力信号にもとづいて生成されたＰＷＭ信号のデューティ比を、当該調整信号に応じて調整する。より具体的には、ＰＩＤ演算部１２から出力される信号の合計が正の値の場合、当該ＰＷＭ信号のデューティ比を下げて、第１コイル２２および第２コイル２４に供給される電流量を小さくする。反対に、ＰＩＤ演算部１２から出力される信号の合計が負の値の場合、当該ＰＷＭ信号のデューティ比を上げて、第１コイル２２および第２コイル２４に供給される電流量を大きくする。 The drive signal generator 14 generates a drive signal based on the input signal described above and the adjustment signal generated by the adder 13. In the present embodiment, the duty ratio of the PWM signal generated based on the input signal is adjusted according to the adjustment signal. More specifically, when the sum of the signals output from the PID calculation unit 12 is a positive value, the duty ratio of the PWM signal is decreased, and the amount of current supplied to the first coil 22 and the second coil 24 is determined. Make it smaller. On the other hand, when the sum of the signals output from the PID calculation unit 12 is a negative value, the duty ratio of the PWM signal is increased to increase the amount of current supplied to the first coil 22 and the second coil 24.

また、当該調整信号の絶対値が大きいほど、当該ＰＷＭ信号のデューティ比の調整量を大きくする。なお、当該調整信号の値と、当該ＰＷＭ信号のデューティ比の調整量との変換比は、あらかじめ駆動信号生成部１４に設定されている。 Further, the larger the absolute value of the adjustment signal, the larger the adjustment amount of the duty ratio of the PWM signal. Note that the conversion ratio between the value of the adjustment signal and the adjustment amount of the duty ratio of the PWM signal is set in the drive signal generation unit 14 in advance.

固定値保持部１５は、所定の固定値を保持し、その固定値を加算部１３に出力する。この固定値は、ステッピングモータ２００の運転が開始されるときの調整信号の初期値として使用される。加算部１３は、ステッピングモータ２００の運転が開始されるとき、固定値保持部１５から入力される固定値を調整信号の初期値として、駆動信号生成部１４に出力する。 The fixed value holding unit 15 holds a predetermined fixed value and outputs the fixed value to the adding unit 13. This fixed value is used as an initial value of the adjustment signal when the operation of the stepping motor 200 is started. When the operation of the stepping motor 200 is started, the adding unit 13 outputs the fixed value input from the fixed value holding unit 15 to the drive signal generating unit 14 as the initial value of the adjustment signal.

当該固定値が加算部１３に供給されることにより、ＰＩＤ演算部１２からの有効な信号が加算部１３に入力される前から、有効な調整信号を駆動信号生成部１４に供給することができる。上記固定値は、ＰＩＤ演算部１２からの有効な信号が加算部１３に入力されるようになった後も、オフセット成分として加算部１３に供給され続ける。 By supplying the fixed value to the adding unit 13, an effective adjustment signal can be supplied to the drive signal generating unit 14 before a valid signal from the PID calculation unit 12 is input to the adding unit 13. . The fixed value continues to be supplied to the addition unit 13 as an offset component even after a valid signal from the PID calculation unit 12 is input to the addition unit 13.

上記固定値は、外部から設定される固有の値であってもよいし、適応的に調整される値であってもよい。前者の例として、上記目標値より高い値が設定される。その場合にて、上記目標値に近い値が設定された場合、上記目標値と近い位置から上記位相の調整を開始できるが、回転開始時のトルク不足による脱調の可能性がその分、大きくなる。上記目標値から離れた値が設定された場合、回転開始時のトルク不足による脱調の可能性は低くなるが、上記目標値と離れた位置から上記位相の調整を開始することになり、上記誘起電圧の位相が適切な位置に調整されるまでの時間がその分、長くなる。設計者またはユーザはこのトレードオフ関係を考慮して、上記固定値を設定することができる。 The fixed value may be a unique value set from the outside or a value that is adaptively adjusted. As an example of the former, a value higher than the target value is set. In that case, if a value close to the target value is set, the adjustment of the phase can be started from a position close to the target value, but the possibility of step-out due to insufficient torque at the start of rotation is greatly increased accordingly. Become. When a value away from the target value is set, the possibility of step-out due to insufficient torque at the start of rotation is reduced, but the adjustment of the phase starts from a position away from the target value, and The time until the phase of the induced voltage is adjusted to an appropriate position is increased accordingly. The designer or user can set the fixed value in consideration of this trade-off relationship.

以下、上記固定値を適応的に調整するための構成について説明する。大小比較部１６は、固定値保持部１５に保持される固定値と、加算部１３から出力される調整信号の値との大小関係を比較する。更新部１７は、大小比較部１６による比較結果に応じて、上記固定値を更新する。 Hereinafter, a configuration for adaptively adjusting the fixed value will be described. The magnitude comparison unit 16 compares the magnitude relationship between the fixed value held in the fixed value holding unit 15 and the value of the adjustment signal output from the addition unit 13. The update unit 17 updates the fixed value according to the comparison result by the magnitude comparison unit 16.

更新値保持部１８には、固定値保持部１５に保持される固定値が初期値として設定される。以下、更新値保持部１８に保持される固定値は、更新部１７により順次、更新される。すなわち、更新値保持部１８は、更新部１７により更新される更新値を保持する。更新値保持部１８に保持される更新値は、ステッピングモータ２００の今回の運転が終了した後、固定値保持部１５に設定され、固定値保持部１５に保持される新たな固定値となる。この固定値が、ステッピングモータ２００の次回の運転時の調整信号の初期値となる。 A fixed value held in the fixed value holding unit 15 is set as an initial value in the update value holding unit 18. Hereinafter, the fixed value held in the update value holding unit 18 is sequentially updated by the update unit 17. That is, the update value holding unit 18 holds an update value updated by the update unit 17. The updated value held in the updated value holding unit 18 is set in the fixed value holding unit 15 after the current operation of the stepping motor 200 is completed, and becomes a new fixed value held in the fixed value holding unit 15. This fixed value becomes the initial value of the adjustment signal when the stepping motor 200 is operated next time.

以下、固定値保持部１５に保持される固定値の更新処理をより具体的に説明する。なお、以下の説明では、１回のハイインピーダンス期間に１回、誘起電圧検出部４０により誘起電圧がサンプリングされる例を前提とする。したがって、１回のハイインピーダンス期間に１回、加算部１３から更新された新たな調整信号が出力されることになる。なお、ハイインピーダンス期間のどのタイミングで誘起電圧をサンプリングするかは、設計者またはユーザが任意に設定することができる。 Hereinafter, the update process of the fixed value held in the fixed value holding unit 15 will be described more specifically. In the following description, it is assumed that the induced voltage is sampled by the induced voltage detector 40 once in one high impedance period. Therefore, a new adjustment signal updated from the adding unit 13 is output once in one high impedance period. The timing at which the induced voltage is sampled during the high impedance period can be arbitrarily set by the designer or the user.

図７は、更新部１７による、更新値保持部１８に保持される更新値の更新処理を説明するためのフローチャートである。大小比較部１６は、固定値保持部１５に保持される固定値と、加算部１３から出力される調整信号の値とを、モータを駆動して最初に現れるハイインピーダンス状態に制御されるフェーズに比較する（Ｓ１０１）。更新部１７は、当該固定値が当該調整信号の値より大きいとき（Ｓ１０１の＞）、更新値保持部１８に保持される、当該固定値を初期値とする更新値をデクリメントする（Ｓ１０２）。当該固定値が当該調整信号の値より小さいとき（Ｓ１０１の＜）、更新値保持部１８に保持される、当該固定値を初期値とする更新値をインクリメントする（Ｓ１０３）。当該固定値と当該調整信号の値とが等しいとき（Ｓ１０１の＝）、更新値保持部１８に保持される値は更新されない。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the update processing of the update value held in the update value holding unit 18 by the update unit 17. The magnitude comparison unit 16 converts the fixed value held in the fixed value holding unit 15 and the value of the adjustment signal output from the addition unit 13 into a phase controlled to a high impedance state that appears first when the motor is driven. Compare (S101). When the fixed value is larger than the value of the adjustment signal (> S101), the update unit 17 decrements the update value that is held in the update value holding unit 18 and has the fixed value as an initial value (S102). When the fixed value is smaller than the value of the adjustment signal (<in S101), the update value stored in the update value holding unit 18 and having the fixed value as an initial value is incremented (S103). When the fixed value is equal to the value of the adjustment signal (= S101), the value held in the update value holding unit 18 is not updated.

上記インクリメント処理および上記デクリメント処理により加算および減算される値は、上記更新値の最小制御単位であってもよいし、それより大きな値であってもよい。たとえば、±１であってもよいし、±２であってもよいし、±５であってもよい。 The value added and subtracted by the increment process and the decrement process may be the minimum control unit of the update value or a larger value. For example, it may be ± 1, ± 2 or ± 5.

なお、固定値保持部１５に保持される固定値を、調整信号の初期値として加算部１３に供給するフィードフォワード制御は、必須の制御ではなく、フィードフォワード制御を用いない場合、第１モード切替スイッチＳ１１をオフする。その場合、当該固定値がオフセット成分として加算部１３で調整信号に加算されなくなる。その代わりに、第２モード切替スイッチＳ１２をオンして、調整信号の前回値をオフセット成分として加算部１３に供給する。なお、フィードフォワード制御を用いる場合、第２モード切替スイッチＳ１２はオフされる。 Note that the feedforward control that supplies the fixed value held in the fixed value holding unit 15 to the adding unit 13 as the initial value of the adjustment signal is not an essential control. If the feedforward control is not used, the first mode switching is performed. Switch S11 is turned off. In this case, the fixed value is not added to the adjustment signal by the adding unit 13 as an offset component. Instead, the second mode selector switch S12 is turned on, and the previous value of the adjustment signal is supplied to the adding unit 13 as an offset component. In addition, when using feedforward control, 2nd mode switch S12 is turned off.

図８は、誘起電圧検出部４０の詳細な構成よびステッピングモータ２００と誘起電圧検出部４０との詳細な接続関係を示す図である。誘起電圧検出部４０は、差動増幅回路４２、アナログデジタル変換回路４４およびオフセット発生回路４６を備える。差動増幅回路４２は、第１コイル２２の両端の電位または第２コイル２４の両端の電位を差動増幅して、アナログデジタル変換回路４４に出力する。アナログデジタル変換回路４４は、差動増幅回路４２から出力されるアナログ値をデジタル値に変換し、制御部１０（より厳密には減算部１１）に出力する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a detailed configuration of the induced voltage detection unit 40 and a detailed connection relationship between the stepping motor 200 and the induced voltage detection unit 40. The induced voltage detection unit 40 includes a differential amplifier circuit 42, an analog / digital conversion circuit 44, and an offset generation circuit 46. The differential amplifier circuit 42 differentially amplifies the potential at both ends of the first coil 22 or the potential at both ends of the second coil 24, and outputs the result to the analog-to-digital conversion circuit 44. The analog-digital conversion circuit 44 converts the analog value output from the differential amplifier circuit 42 into a digital value, and outputs the digital value to the control unit 10 (more precisely, the subtraction unit 11).

制御部１０は、誘起電圧の目標値にもとづくデジタル値と、アナログデジタル変換回路４４から入力されるデジタル値との差分が小さくなるよう駆動信号を適応的に変化させることにより、誘起電圧の位相を調整する。ここで、上記誘起電圧の目標値にもとづくデジタル値とは、差動増幅回路４２の増幅率に対応させて当該目標値を増幅させた値である。 The controller 10 adaptively changes the drive signal so that the difference between the digital value based on the target value of the induced voltage and the digital value input from the analog-to-digital conversion circuit 44 is reduced, thereby changing the phase of the induced voltage. adjust. Here, the digital value based on the target value of the induced voltage is a value obtained by amplifying the target value in accordance with the amplification factor of the differential amplifier circuit 42.

以下、差動増幅回路４２の具体的構成について説明する。差動増幅回路４２は、オペアンプＯＰ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３および第４抵抗Ｒ４を含む。 Hereinafter, a specific configuration of the differential amplifier circuit 42 will be described. The differential amplifier circuit 42 includes an operational amplifier OP1, a first resistor R1, a second resistor R2, a third resistor R3, and a fourth resistor R4.

オペアンプＯＰ１の反転入力端子には、第１抵抗Ｒ１を介して第１コイル２２または第２コイル２４の一端の電位が入力される。オペアンプＯＰ１の、反転入力端子と出力端子とは第２抵抗Ｒ２を介して接続される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は直列に接続される。 The potential of one end of the first coil 22 or the second coil 24 is input to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 through the first resistor R1. The inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1 are connected via the second resistor R2. The first resistor R1 and the second resistor R2 are connected in series.

オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、第３抵抗Ｒ３を介して第１コイル２２または第２コイル２４の一端の電位が入力される。また、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、第４抵抗Ｒ４を介してオフセット発生回路４６に接続される。第３抵抗Ｒ３と第４抵抗Ｒ４は直列に接続される。なお、オフセット発生回路４６を設けない場合、第４抵抗Ｒ４はオフセット発生回路４６の代わりに、グラウンドに接続される。 The potential of one end of the first coil 22 or the second coil 24 is input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 through the third resistor R3. The non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the offset generation circuit 46 through the fourth resistor R4. The third resistor R3 and the fourth resistor R4 are connected in series. When the offset generation circuit 46 is not provided, the fourth resistor R4 is connected to the ground instead of the offset generation circuit 46.

第１抵抗Ｒ１と第３抵抗Ｒ３の抵抗値を同じ値に設定し、第２抵抗Ｒ２と第４抵抗Ｒ４の抵抗値を同じ値に設定する。この条件では、差動増幅回路４２の増幅率はＲ２／Ｒ１により決定される。設計者またはユーザは、第１抵抗Ｒ１（＝第３抵抗Ｒ３）および第２抵抗Ｒ２（＝第４抵抗Ｒ４）の抵抗値を調整することにより、差動増幅回路４２の増幅率を調整することができる。 The resistance values of the first resistor R1 and the third resistor R3 are set to the same value, and the resistance values of the second resistor R2 and the fourth resistor R4 are set to the same value. Under this condition, the amplification factor of the differential amplifier circuit 42 is determined by R2 / R1. The designer or user adjusts the amplification factor of the differential amplifier circuit 42 by adjusting the resistance values of the first resistor R1 (= third resistor R3) and the second resistor R2 (= fourth resistor R4). Can do.

オフセット発生回路４６は、第５抵抗Ｒ５および第６抵抗Ｒ６を含む。第５抵抗Ｒ５および第６抵抗Ｒ６は直列に接続され、その直列回路は電源とグラウンドとの間に接続される。第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６との分圧点は第４抵抗Ｒ４に接続される。設計者またはユーザは、第５抵抗Ｒ５および第６抵抗Ｒ６の抵抗値を調整することにより、第５抵抗Ｒ５と第６抵抗Ｒ６との分圧比を調整し、差動増幅回路４２に加えるオフセット電圧を調整することができる。 The offset generation circuit 46 includes a fifth resistor R5 and a sixth resistor R6. The fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 are connected in series, and the series circuit is connected between the power supply and the ground. A voltage dividing point between the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6 is connected to the fourth resistor R4. The designer or user adjusts the resistance value of the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6, thereby adjusting the voltage dividing ratio between the fifth resistor R5 and the sixth resistor R6, and applying the offset voltage to the differential amplifier circuit 42. Can be adjusted.

第１スイッチＳ１は、第１コイル２２の第１端子と、差動増幅回路４２の反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第２スイッチＳ２は、第１コイル２２の第１端子と、差動増幅回路４２の非反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第３スイッチＳ３は、第１コイル２２の第２端子と、差動増幅回路４２の反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第４スイッチＳ４は、第１コイル２２の第２端子と、差動増幅回路４２の非反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。 The first switch S1 is a switch for electrically connecting or disconnecting the first terminal of the first coil 22 and the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The second switch S2 is a switch for electrically connecting or disconnecting the first terminal of the first coil 22 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The third switch S3 is a switch for electrically connecting or disconnecting the second terminal of the first coil 22 and the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The fourth switch S4 is a switch for electrically connecting or disconnecting the second terminal of the first coil 22 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42.

第５スイッチＳ５は、第２コイル２４の第１端子と、差動増幅回路４２の反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第６スイッチＳ６は、第２コイル２４の第１端子と、差動増幅回路４２の非反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第７スイッチＳ７は、第２コイル２４の第２端子と、差動増幅回路４２の反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。第８スイッチＳ８は、第２コイル２４の第２端子と、差動増幅回路４２の非反転入力端子とを導通または非導通させるためのスイッチである。 The fifth switch S5 is a switch for electrically connecting or disconnecting the first terminal of the second coil 24 and the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The sixth switch S6 is a switch for electrically connecting or disconnecting the first terminal of the second coil 24 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The seventh switch S7 is a switch for electrically connecting or disconnecting the second terminal of the second coil 24 and the inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42. The eighth switch S8 is a switch for electrically connecting or disconnecting the second terminal of the second coil 24 and the non-inverting input terminal of the differential amplifier circuit 42.

第１コイル２２の誘起電圧が検出される場合、第１スイッチＳ１がオンおよび第２スイッチＳ２がオフ、ならびに第３スイッチＳ３がオフおよび第４スイッチＳ４がオンの第１状態と、第１スイッチＳ１がオフおよび第２スイッチＳ２がオン、ならびに第３スイッチＳ３がオンおよび第４スイッチＳ４がオフの第２状態とが、第１コイル２２からみて駆動部３０がハイインピーダンス状態に制御されるフェーズごとに交互に切り替えられる。 When the induced voltage of the first coil 22 is detected, the first switch S1 is on and the second switch S2 is off, the third switch S3 is off and the fourth switch S4 is on, and the first switch The second state in which S1 is off and the second switch S2 is on, and the third switch S3 is on and the fourth switch S4 is off is a phase in which the drive unit 30 is controlled to a high impedance state as viewed from the first coil 22 It is switched alternately every time.

第２コイル２４の誘起電圧が検出される場合、第５スイッチＳ５がオンおよび第６スイッチＳ６がオフ、ならびに第７スイッチＳ７がオフおよび第８スイッチＳ８がオンの第３状態と、第５スイッチＳ５がオフおよび第６スイッチＳ６がオン、ならびに第７スイッチＳ７がオンおよび第８スイッチＳ８がオフの第４状態とが、第２コイル２４からみて駆動部３０がハイインピーダンス状態に制御されるフェーズごとに交互に切り替えられる。 When the induced voltage of the second coil 24 is detected, a third state in which the fifth switch S5 is on and the sixth switch S6 is off, and the seventh switch S7 is off and the eighth switch S8 is on, and the fifth switch The fourth state in which S5 is off and the sixth switch S6 is on, and the seventh switch S7 is on and the eighth switch S8 is off is a phase in which the drive unit 30 is controlled to a high impedance state as viewed from the second coil 24. It is switched alternately every time.

この制御方式では、誘起電圧がゼロを境に上昇方向に変化しているときも下降方向に変化しているときも、オペアンプＯＰ１の出力電圧の極性を、たとえば正に、統一することができる。したがって、オペアンプＯＰ１の出力電圧範囲およびアナログデジタル変換回路４４の入力電圧範囲を狭くすることができ、オペアンプＯＰ１およびアナログデジタル変換回路４４のコストを抑制することができる。なお、誘起電圧の極性は、ハイインピーダンス状態に制御されるフェーズごとに交互に切り替わるため、アナログデジタル変換回路４４の後段で、その出力デジタル値に極性情報を容易に追加することができる。 In this control method, the polarity of the output voltage of the operational amplifier OP1 can be unified, for example, positively, even when the induced voltage is changing in the upward direction and changing in the downward direction with respect to zero. Therefore, the output voltage range of the operational amplifier OP1 and the input voltage range of the analog-digital conversion circuit 44 can be narrowed, and the cost of the operational amplifier OP1 and the analog-digital conversion circuit 44 can be suppressed. Since the polarity of the induced voltage is alternately switched for each phase controlled to the high impedance state, the polarity information can be easily added to the output digital value after the analog-digital conversion circuit 44.

また、オペアンプＯＰ１の出力電圧の極性を統一させない場合、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第６スイッチＳ６および第７スイッチＳ７は設ける必要がない。また、この構成でも、誘起電圧のサンプリングを一フェーズ飛ばしで実行すれば、当該極性を統一させることができる。ただし、収束時間が全フェーズでサンプリングする場合と比較し、遅くなる。 Further, when the polarity of the output voltage of the operational amplifier OP1 is not unified, it is not necessary to provide the second switch S2, the third switch S3, the sixth switch S6, and the seventh switch S7. Also in this configuration, if the induced voltage sampling is executed by skipping one phase, the polarity can be unified. However, the convergence time is slower than when sampling in all phases.

以上説明したように本実施の形態によれば、誘起電圧を検出し、その位相を駆動電圧の位相に近づけるようフィードバック制御することにより、ステッピングモータを高効率駆動することができる。すなわち、脱調を抑制しつつ、消費電力を低減することができる。また、フィードバック制御としてＰＩＤ制御を用いることにより、ユーザのニーズをきめ細かく反映したフィードバック制御を実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, the stepping motor can be driven with high efficiency by detecting the induced voltage and performing feedback control so that the phase approaches the phase of the drive voltage. That is, power consumption can be reduced while suppressing step-out. Further, by using PID control as feedback control, it is possible to realize feedback control that closely reflects user needs.

また、フィードバック制御開始時に、所定の固定値を上記調整信号の初期値に設定するフィードフォワード制御を採用することにより、収束時間を短縮することができる。また、当該固定値を学習により最適値に向けて更新することにより、収束時間をさらに短縮することができる。 Further, by adopting feedforward control in which a predetermined fixed value is set to the initial value of the adjustment signal at the start of feedback control, the convergence time can be shortened. In addition, the convergence time can be further shortened by updating the fixed value toward the optimum value by learning.

また、誘起電圧検出回路を、差動増幅回路およびアナログデジタル変換回路により構成することにより、誘起電圧を精度よく検出することができる。すなわち、低電圧で駆動されるステッピングモータでは誘起電圧も小さな値となるが、その場合でも、コイルの両端電位を差動増幅回路の二つの入力端子に入力し、それを差動増幅することにより、誘起電圧を精度よく検出することができる。また、その検出結果をデジタル値に変換することにより、デジタル値によるフィードバック制御が可能となり、補正精度を向上させることができる。 Further, the induced voltage can be detected with high accuracy by configuring the induced voltage detection circuit with a differential amplifier circuit and an analog-digital conversion circuit. In other words, in a stepping motor driven with a low voltage, the induced voltage is also small, but even in that case, the potentials at both ends of the coil are input to the two input terminals of the differential amplifier circuit and differentially amplified. The induced voltage can be detected with high accuracy. Also, by converting the detection result into a digital value, feedback control using the digital value is possible, and correction accuracy can be improved.

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。この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例が可能なこと、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。 The present invention has been described based on some embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

上述した実施の形態では、主に、ハイインピーダンス状態に制御されるフェーズごとに、誘起電圧を１回サンプリングする例を説明した。この点、当該フェーズごとに複数回サンプリングしてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the induced voltage is sampled once for each phase controlled to the high impedance state has been described. In this regard, sampling may be performed a plurality of times for each phase.

また、上述した実施の形態では、二つのステータコイルでロータを回転させる例を説明したが、四つや八つなど、三つ以上のステータコイルでロータを回転させる構成のステッピングモータにも適用可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the rotor is rotated by two stator coils has been described. However, the present invention can also be applied to a stepping motor having a configuration in which the rotor is rotated by three or more stator coils, such as four or eight. is there.

１０制御部、１１減算部、１２ＰＩＤ演算部、１２ａ積分演算部、１２ｂ比例演算部、１２ｃ微分演算部、１３加算部、１４駆動信号生成部、１５固定値保持部、１６大小比較部、１７更新部、１８更新値保持部、Ｓ１１第１モード切替スイッチ、Ｓ１２第２モード切替スイッチ、２２第１コイル、２４第２コイル、２６ロータ、３０駆動部、Ｑ１第１トランジスタ、Ｑ２第２トランジスタ、Ｑ３第３トランジスタ、Ｑ４第４トランジスタ、４０誘起電圧検出部、４２差動増幅回路、ＯＰ１オペアンプ、Ｒ１第１抵抗、Ｒ２第２抵抗、Ｒ３第３抵抗、Ｒ４第４抵抗、Ｒ５第５抵抗、Ｒ６第６抵抗、４４アナログデジタル変換回路、４６オフセット発生回路、Ｓ１第１スイッチ、Ｓ２第２スイッチ、Ｓ３第３スイッチ、Ｓ４第４スイッチ、Ｓ５第５スイッチ、Ｓ６第６スイッチ、Ｓ７第７スイッチ、Ｓ８第８スイッチ、１００駆動回路、２００ステッピングモータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part, 11 Subtraction part, 12 PID calculating part, 12a Integral calculating part, 12b Proportional calculating part, 12c Differential calculating part, 13 Adder part, 14 Drive signal generating part, 15 Fixed value holding part, 16 Size comparison part, 17 Update unit, 18 update value holding unit, S11 first mode switch, S12 second mode switch, 22 first coil, 24 second coil, 26 rotor, 30 drive unit, Q1 first transistor, Q2 second transistor, Q3 third transistor, Q4 fourth transistor, 40 induced voltage detector, 42 differential amplifier circuit, OP1 operational amplifier, R1 first resistor, R2 second resistor, R3 third resistor, R4 fourth resistor, R5 fifth resistor, R6 6th resistor, 44 analog-digital conversion circuit, 46 offset Generation circuit, S1 first switch, S2 second switch, S3 third switch, S4 fourth switch, S5 fifth switch, S6 sixth switch, S7 seventh switch, S8 eighth switch, 100 drive circuit, 200 stepping motor .

Claims

第１コイル、第２コイルおよびロータを含むモータの駆動回路であって、
前記第１コイルおよび前記第２コイルに位相の異なる電流を供給して、前記ロータを回転させる駆動部と、
外部から設定される入力信号をもとに駆動信号を生成し、前記駆動部に設定する制御部と、
前記第１コイルまたは前記第２コイルからみて前記駆動部がハイインピーダンス状態のとき、前記第１コイルの両端電圧または前記第２コイルの両端電圧を検出して、前記第１コイルまたは前記第２コイルに発生する誘起電圧を検出する誘起電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、前記誘起電圧の目標値と、前記誘起電圧検出部により検出される誘起電圧の値との差分が小さくなるよう前記駆動信号を適応的に変化させることにより、前記誘起電圧の位相を調整することを特徴とするモータ駆動回路。 A motor drive circuit including a first coil, a second coil, and a rotor,
A drive unit for supplying currents having different phases to the first coil and the second coil to rotate the rotor;
A control unit that generates a drive signal based on an externally set input signal and sets the drive unit;
When the drive unit is in a high impedance state when viewed from the first coil or the second coil, the voltage across the first coil or the voltage across the second coil is detected and the first coil or the second coil is detected. An induced voltage detector for detecting an induced voltage generated in
The control unit adaptively changes the driving signal so that a difference between a target value of the induced voltage and a value of the induced voltage detected by the induced voltage detection unit is small, thereby causing a phase of the induced voltage. A motor drive circuit characterized by adjusting the motor.

前記制御部は、
前記誘起電圧の目標値と、前記誘起電圧検出部により検出される誘起電圧の値との差分を算出し、誤差信号を生成する減算部と、
前記減算部により生成された誤差信号をＰＩＤ演算して調整信号を生成するＰＩＤ演算部と、
前記入力信号、および前記ＰＩＤ演算部により生成された調整信号をもとに前記駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。 The controller is
A subtraction unit that calculates a difference between a target value of the induced voltage and a value of the induced voltage detected by the induced voltage detection unit, and generates an error signal;
A PID calculation unit for generating an adjustment signal by PID calculation of the error signal generated by the subtraction unit;
A drive signal generation unit that generates the drive signal based on the input signal and the adjustment signal generated by the PID calculation unit;
The motor drive circuit according to claim 1, comprising:

前記制御部は、
所定の固定値を保持する固定値保持部と、
前記ＰＩＤ演算部により生成された信号と前記固定値とを加算して、加算した信号を前記調整信号として出力する加算部と、をさらに含み、
前記加算部は、前記モータの運転が開始されるとき、前記固定値保持部から入力される固定値を前記調整信号の初期値として、前記駆動信号生成部に出力することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。 The controller is
A fixed value holding unit for holding a predetermined fixed value;
An addition unit that adds the signal generated by the PID calculation unit and the fixed value and outputs the added signal as the adjustment signal;
The addition unit outputs a fixed value input from the fixed value holding unit as an initial value of the adjustment signal to the drive signal generation unit when operation of the motor is started. The motor drive circuit according to 2.

前記制御部は、
前記固定値保持部に保持される固定値と、前記加算部から出力される調整信号の値との大小関係を比較する大小比較部と、
前記大小比較部による比較結果に応じて、前記固定値を更新する更新部と、
前記更新部により更新された更新値を保持する更新値保持部と、を含み、
前記固定値保持部に保持される固定値が、前記更新値保持部に保持される更新値に更新されることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。 The controller is
A magnitude comparison unit that compares the magnitude relationship between the fixed value held in the fixed value holding unit and the value of the adjustment signal output from the addition unit;
An update unit that updates the fixed value according to a comparison result by the size comparison unit;
An update value holding unit that holds an update value updated by the update unit,
The motor drive circuit according to claim 3, wherein the fixed value held in the fixed value holding unit is updated to an update value held in the update value holding unit.

前記大小比較部は、前記固定値保持部に保持される固定値と、前記加算部から出力される調整信号の値とを、前記ハイインピーダンス状態に制御されるフェーズに比較し、
前記更新部は、前記固定値が前記調整信号の値より大きいとき、前記更新値保持部に保持される、前記固定値を初期値とする更新値をデクリメントし、前記固定値が前記調整信号の値より小さいとき、前記更新値をインクリメントすることを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動回路。 The magnitude comparison unit compares the fixed value held in the fixed value holding unit and the value of the adjustment signal output from the addition unit with the phase controlled to the high impedance state,
When the fixed value is larger than the value of the adjustment signal, the update unit decrements an update value that is held in the update value holding unit and has the fixed value as an initial value. The motor drive circuit according to claim 4, wherein when the value is smaller than the value, the update value is incremented.