JP2012200121A

JP2012200121A - モータ駆動回路、および、モータ駆動システム

Info

Publication number: JP2012200121A
Application number: JP2011064067A
Authority: JP
Inventors: Jun Sodesawa; 澤純袖
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN102694501A; US20120242270A1

Abstract

【課題】マイコンの限られた数のポートに対して伝達するモータの情報の種類を増加させることが可能なモータ駆動回路を提供する。
【解決手段】モータ駆動回路は、外部のマイコンとの通信に基づいて、モータの駆動を制御する。モータ駆動回路は、モータに流れるモータ電流に応じたアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換により得られた第１のデジタル信号を出力するＡＤコンバータを備える。モータ駆動回路は、第１のデジタル信号に基づいて、モータの回転数に応じた第２のデジタル信号を出力する回転数情報生成回路を備える。モータ駆動回路は、第２のデジタル信号をマイコンに出力する入出力回路を備える。回転数情報生成回路は、第２のデジタル信号の周期を、モータの回転数に関連づけた値に設定し、且つ、第２のデジタル信号のデューティ比を、モータの駆動に関する情報に関連づけた値に設定する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、モータ駆動回路、および、モータ駆動システムに関する。

従来、モータを駆動するモータ駆動システムは、モータ駆動回路と、マイコンと、ドライバから構成される。

通常、モータ駆動回路は、モータの回転数をマイコンに入力する。

モータ駆動システムが適用されるアプリケーションによっては、モータの電流、電圧、および、電力等のモータの情報の出力が必要である場合がある。

しかし、モータ駆動回路とマイコンとの間の通信は、モータ駆動の制御に割り当てられたマイコンのポートの数（例えば、１個）で制限され、伝達できる情報の種類も制限される。

特開２００８−２４５３７８

マイコンの限られた数のポートに対して伝達するモータの情報の種類を増加させることが可能なモータ駆動回路を提供する。

実施例に従ったモータ駆動回路は、外部のマイコンとの通信に基づいて、モータの駆動を制御する。モータ駆動回路は、前記モータに流れるモータ電流に応じたアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換により得られた第１のデジタル信号を出力するＡＤコンバータを備える。モータ駆動回路は、ＡＤコンバータから出力された第１のデジタル信号に基づいて、前記モータの回転数に応じた第２のデジタル信号を出力する回転数情報生成回路を備える。モータ駆動回路は、第２のデジタル信号を前記マイコンに出力する入出力回路を備える。回転数情報生成回路は、第２のデジタル信号の周期を、前記モータの回転数に関連づけた値に設定し、且つ、前記第２のデジタル信号のデューティ比を、前記モータの駆動に関する情報に関連づけた値に設定する。

図１は、実施例１に係るモータ駆動システム１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示すモータＭに流れるモータ電流の波形の一例を示す図である。図３は、図２に示すモータ電流Ｉｍの波形に対応する第２のデジタル信号ＦＧの波形の一例を示す図である。図４は、図２に示すモータ電流Ｉｍの波形に対応する第２のデジタル信号ＦＧの波形の他の例を示す図である。

以下、各実施例について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例では、３相の駆動電圧により回転数が制御される３相モータの制御に適用した場合について説明する。しかし、駆動電圧により回転数が制御される他の種類のモータについても同様に適用することができる。

図１は、実施例１に係るモータ駆動システム１０００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、モータ駆動システム１０００は、モータ駆動回路１００と、ドライバ２００と、マイコン３００と、モータＭと、抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷと、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２と、直流電源ＶＤＤと、を備える。

このモータ駆動システム１０００は、例えば、エアコンや冷蔵庫等の製品に使用されるファンやコンプレッサの駆動用に適用される。

マイコン３００は、第２のデジタル信号（回転数情報信号）ＦＧに基づいて、モータＭの回転数を規定する回転数制御信号ＳＲを、入出力回路に出力するようになっている。

また、直流電源ＶＤＤは、ドライバ２００に電源電圧Ｖｄを出力するようになっている。

分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２は、直流電源ＶＤＤと接地との間に直列に接続されている。この分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２は、直流電源ＶＤＤの出力電圧（電源電圧Ｖｄ）を分圧し、この分圧した電圧Ｖｄｃを出力するようになっている。

モータＭは、本実施例では、３相モータである。既述のように、モータＭは、駆動電圧により回転数が制御される他の種類のモータであってもよい。

ドライバ２００は、一端が直流電源ＶＤＤに接続され、他端が抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷを介して接地に接続されている。このドライバ２００は、駆動制御信号ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ、ＳＺに応じて、モータＭに対して電源電圧Ｖｄを３相の駆動電圧Ｕ、Ｖ、Ｗで供給するようになっている。

このドライバ２００は、例えば、図１に示すように、６個のｎＭＯＳトランジスタ２ａ〜３ｆと、６個のダイオード２ｇ〜２ｌを有する。

駆動制御信号ＳＵがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ａと駆動制御信号ＳＸがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ｂとは、直流電源１０と接地との間に直列に接続されている。このｎＭＯＳトランジスタ２ａとｎＭＯＳトランジスタ２ｂとの間の端子がモータＭのＵ相のコイルに接続されている。この端子から駆動電圧ＵがＵ相のコイルに供給される。

なお、ダイオード２ｇは、ｎＭＯＳトランジスタ２ａのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。また、ダイオード２ｈは、ｎＭＯＳトランジスタ２ｂのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。

また、駆動制御信号ＳＶがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ｃと駆動制御信号ＳＹがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ｄとは、直流電源１０と接地との間に直列に接続されている。このｎＭＯＳトランジスタ２ｃとｎＭＯＳトランジスタ２ｄとの間の端子がモータＭのＶ相のコイルに接続されている。この端子から駆動電圧ＶがＶ相のコイルに供給される。

なお、ダイオード２ｉは、ｎＭＯＳトランジスタ２ｃのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。また、ダイオード２ｊは、ｎＭＯＳトランジスタ２ｄのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。

また、駆動制御信号ＳＷがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ｅと駆動制御信号ＳＺがゲートに入力されるｎＭＯＳトランジスタ２ｆとは、直流電源１０と接地との間に直列に接続されている。このｎＭＯＳトランジスタ２ｅとｎＭＯＳトランジスタ２ｆとの間の端子がモータＭのＷ相のコイルに接続されている。この端子から駆動電圧ＷがＷ相のコイルに供給される。

なお、ダイオード２ｋは、ｎＭＯＳトランジスタ２ｅのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。また、ダイオード２ｌは、ｎＭＯＳトランジスタ２ｆのドレイン／ソースに、カソード／アノードが接続されている。

モータＭは、これらの３相の駆動電圧Ｕ、Ｖ、Ｗにより、３相のコイルに電流が流れて、駆動するようになっている。

なお、抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷは、それぞれ、ｎＭＯＳトランジスタ２ｂ、２ｄ、２ｆと接地との間に接続されている。すなわち、モータＭのコイルを流れた電流が抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷを流れることになる。したがって、この抵抗ＲＵ、ＲＶ、ＲＷの電圧または電流であるアナログ信号ＩｍＵ、ＩｍＶ、ＩｍＷは、モータＭ（モータＭのコイル）に流れるモータ電流Ｉｍに応じたものとなる。

また、モータ駆動回路１００は、外部のマイコン３００との通信に基づいて、駆動制御信号ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ、ＳＺによりドライバ２００を制御（モータＭに対する３相の駆動電圧Ｕ、Ｖ、Ｗを制御）して、モータＭの駆動を制御するようになっている。

ここで、モータ駆動回路１００は、例えば、図１に示すように、回転数情報生成回路１と、入出力回路２と、駆動制御信号生成回路３と、ＡＤコンバータ４と、を有する。

入出力回路２は、マイコン３００と接続されており、マイコン３００と通信可能になっている。

この入出力回路２は、マイコン３００から出力された回転数制御信号ＳＲを受信し、駆動制御信号生成回路３に出力するようになっている。また、入出力回路２は、回転数情報生成回路１から出力された第２のデジタル信号ＦＧをマイコン３００に出力するようになっている。

なお、この入出力回路２との通信に割り当てられた、マイコン３００のポートの数は、例えば、１個である。

また、ＡＤコンバータ４は、モータＭ（モータＭのコイル）に流れるモータ電流Ｉｍに応じたアナログ信号（電流、電圧）ＩｍＵ、ＩｍＶ、ＩｍＷをＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換により得られた第１のデジタル信号を出力するようになっている。

また、ＡＤコンバータ４は、直流電源ＶＤＤから供給されモータＭを駆動するための電源電圧Ｖｄを分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２により分圧した電圧Ｖｄｃが、入力されている。そして、ＡＤコンバータ４は、電源電圧Ｖｄに応じた電圧値（電圧Ｖｄｃ）を、デジタル信号に変換して出力するようになっている。

ここで、図２は、図１に示すモータＭに流れるモータ電流の波形の一例を示す図である。

図２に示すように、モータ電流Ｉｍは、モータＭの回転に同期して、正弦波状に周期的に振幅が変化する。すなわち、モータ電流Ｉｍの振幅の周期ｔ１、ｔ２、ｔ３を検出することにより、モータＭの回転数を取得することができる。

また、図１に示すように、回転数情報生成回路１は、ＡＤコンバータ４から出力された第１のデジタル信号に基づいて、得られた該モータ電流Ｉｍの波形からモータＭの回転数を検出し、検出されたモータＭの回転数に応じた第２のデジタル信号ＦＧを出力するようになっている。

この回転数情報生成回路１は、第２のデジタル信号ＦＧの周期を、検出されたモータＭの回転数に関連づけた値に設定し、且つ、第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比を、モータＭの駆動に関する情報に関連づけた値に設定するようになっている。

ここで、図３は、図２に示すモータ電流Ｉｍの波形に対応する第２のデジタル信号ＦＧの波形の一例を示す図である。

図３において、第２のデジタル信号ＦＧの周期ｔ１、ｔ２、ｔ３は、検出されたモータＭの回転数に関連づけた値に設定されている。さらに、第２のデジタル信号ＦＧの周期ｔ１、ｔ２、ｔ３に対して、“Ｈｉｇｈ”レベルの期間ｔ１ａ、ｔ２ａ、ｔ３ａは、デューティ比Ｄ１（＝ｔ１ａ／ｔ１）、Ｄ２（＝ｔ２ａ／ｔ２）、Ｄ３（＝ｔ３ａ／ｔ３）がモータＭの駆動に関する情報に関連づけた値になるように、設定される。

なお、図３に示す例では、モータ電流Ｉｍの周期と第２のデジタル信号の周期とが同じになるように設定しているが、少なくとも、モータ電流Ｉｍの周期と第２のデジタル信号の周期とが一対一に対応するように設定すればよい。

ここで、例えば、マイコン３００は、モータＭの駆動に関する情報とデューティ比の値との関係が予め格納されたテーブル（図示せず）等に基づいて、入力された第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比の値に対応するモータＭの駆動に関する情報を取得する。

なお、モータＭの駆動に関する該情報は、例えば、モータ電流Ｉｍ、モータＭに印加されている電圧、または、モータＭで消費されている電力の何れかである。

なお、回転数情報生成回路１は、アナログ信号ＩｍＵ、ＩｍＶ、ＩｍＷおよび電圧Ｖｄｃに対応する第１のデジタル信号に基づいて、モータＭに印加されている電圧、または、モータＭで消費されている電力を取得することができるようになっている。

また、モータＭの駆動に関する該情報は、モータ電流Ｉｍが予め設定された基準値よりも大きいことを示すエラー信号、モータＭに印加される電圧が予め設定された基準値よりも高いことを示すエラー信号、または、モータＭで消費されている電力が予め設定された基準値よりも大きいことを示すエラー信号の何れかであってもよい。

なお、マイコン３００は、第２のデジタル信号ＦＧに該エラー信号が含まれている場合に、モータＭの回転を停止させるように回転数制御信号ＳＲを出力するようにしてもよい。

このように、モータ駆動回路１００によれば、第２のデジタル信号ＦＧにモータＭの回転数の情報とモータ電流等のモータＭの駆動に関する情報を含ませることができる。すなわち、マイコン３００の限られた数のポートに対して伝達するモータＭの情報の種類を増加させることができる。

また、回転数情報生成回路１は、例えば、第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比に関連づけているモータＭの駆動に関する情報の内容を変更（例えば、該モータ電流からモータＭに印加されている電圧に変更）する場合には、第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比をモータＭの駆動に関する情報の内容が変更されることを示す切替値に設定する。その後、回転数情報生成回路１は、変更後のモータＭの駆動に関する情報に関連づけた第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比に設定する。

例えば、図３において、デューティ比Ｄ２が該切替値である場合、デューティ比Ｄ１が変更前のモータＭの駆動に関する情報（例えば、該モータ電流）に関連付けられ、デューティ比Ｄ３が変更後のモータＭの駆動に関する情報（例えば、モータＭに印加されている電圧）に関連付けられる。

この場合、例えば、マイコン３００は、第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比が該切替値であることを検出した場合には、その後に入力される第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比の値に対応するモータの駆動に関する情報の内容が変更（例えば、該モータ電流からモータＭに印加されている電圧に変更）されていると認識する。

そして、マイコン３００は、例えば、既述のテーブルの内容を変更し、この変更後のテーブルに基づいて、該切替値を検出した後に入力された第２のデジタル信号ＦＧのデューティ比の値に対応するモータＭの駆動に関する情報を取得することができる。

このように、モータ駆動回路１００によれば、第２のデジタル信号ＦＧにモータＭの回転数の情報とモータ電流等のモータＭの駆動に関する情報を含ませ、さらに、モータＭの駆動に関する情報を変更することもできる。

また、図１に示すように、駆動制御信号生成回路３は、マイコン３００から入出力回路２を介して入力された、モータＭの回転数を規定する回転数制御信号ＳＲに基づいて、モータＭを回転数制御信号ＳＲにより規定された回転数で駆動するための既述の駆動制御信号ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ、ＳＺを生成する。

なお、既述の図３では、第２のデジタル信号ＦＧの１周期の“Ｈｉｇｈ”レベルの期間は連続しているが、図４に示すように、第２のデジタル信号ＦＧのパルスを規定値よりも小さい複数のパルスに分割するようにしてもよい。この場合、回転数情報生成回路１は、この分割されたパルスに対して、特有なモータＭの駆動に関する情報を関連付けるようにしてもよい。

以上のように、本実施例１に係るモータ駆動回路１００によれば、マイコンの限られた数のポートに対して伝達するモータの情報の種類を増加させることができる。

また、モータ駆動回路１００は、１つのデジタル信号の出力で２つの情報を出力できるため、マイコンの複雑な制御に対応でき、様々なアプリケーションに対応することができる。

また、マイコンとモータ駆動回路１００の配線数を削減できる。

また、出力端子数（ポート数）が削減でき、パッケージの小型化や低コスト化を図ることができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１００モータ駆動回路
２００ドライバ
３００マイコン
１０００モータ駆動システム
Ｍモータ
ＲＵ、ＲＶ、ＲＷ抵抗
Ｒ１、Ｒ２分圧抵抗
ＶＤＤ直流電源

Claims

外部のマイコンとの通信に基づいて、モータの駆動を制御するモータ駆動回路であって、
前記モータに流れるモータ電流に応じたアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換により得られた第１のデジタル信号を出力するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータから出力された第１のデジタル信号に基づいて、前記モータの回転数に応じた第２のデジタル信号を出力する回転数情報生成回路と、
前記第２のデジタル信号を前記マイコンに出力する入出力回路と、を備え、
前記回転数情報生成回路は、
前記第２のデジタル信号の周期を、前記モータの回転数に関連づけた値に設定し、且つ、前記第２のデジタル信号のデューティ比を、前記モータの駆動に関する情報に関連づけた値に設定する
ことを特徴とするモータ駆動回路。
前記モータの駆動に関する前記情報は、前記モータ電流、前記モータに印加されている電圧、または、前記モータで消費されている電力の何れかである
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
前記モータの駆動に関する前記情報は、前記モータ電流が予め設定された基準値よりも大きいことを示すエラー信号、前記モータに印加される電圧が予め設定された基準値よりも高いことを示すエラー信号、または、前記モータで消費されている電力が予め設定された基準値よりも大きいことを示すエラー信号の何れかである
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
前記マイコンから前記入出力回路を介して入力された、前記モータの回転数を規定する回転数制御信号に基づいて、前記モータを前記回転数制御信号により規定された回転数で駆動するための駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
前記回転数情報生成回路は、
前記第２のデジタル信号のデューティ比に関連づけている前記モータの駆動に関する情報の内容を変更する場合には、前記第２のデジタル信号のデューティ比を前記モータの駆動に関する情報の内容が変更されることを示す切替値に設定し、その後、変更後の前記モータの駆動に関する情報に関連づけた前記第２のデジタル信号のデューティ比に設定する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のモータ駆動回路。
モータと、
前記モータを駆動するための駆動電圧を前記モータに供給するドライバと、
外部のマイコンとの通信に基づいて、駆動制御信号により前記ドライバを制御することにより、前記モータの駆動を制御するモータ駆動回路と、を備え、
前記モータ駆動回路は、
前記モータに流れるモータ電流に応じたアナログ信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換により得られた第１のデジタル信号を出力するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータから出力された前記第１のデジタル信号に基づいて、前記モータの回転数に応じた第２のデジタル信号を出力する回転数情報生成回路と、
前記第２のデジタル信号を前記マイコンに出力する入出力回路と、を有し、
前記回転数情報生成回路は、
前記第２のデジタル信号の周期を、前記モータの回転数に関連づけた値に設定し、且つ、前記第２のデジタル信号のデューティ比を、前記モータの駆動に関する情報に関連づけた値に設定する
ことを特徴とするモータ駆動システム。
前記第２のデジタル信号に基づいて、前記モータの回転数を規定する回転数制御信号を、前記入出力回路に出力する前記マイコンをさらに備え、
前記モータ駆動回路は、
前記マイコンから前記入出力回路を介して入力された、前記モータの回転数を規定する回転数制御信号に基づいて、前記モータを前記回転数制御信号により規定された回転数で駆動するための駆動制御信号を生成する駆動制御信号生成回路をさらに有する
ことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動システム。