JP4053132B2 - モータ駆動回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のソース側出力トランジスタとシンク側トランジスタを有し、低速回転時にソース側及びシンク側トランジスタを順次オンする全波駆動のモータ駆動電流を出力し、高速回転時にシンク側出力トランジスタのみを順次オンする半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路、特にこの回路の出力電圧のクランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モータの駆動電流を制御するＩＣが各種利用されている。このＩＣでは、複数のスイッチングトランジスタを有し、このオンオフによって所定の駆動電流をモータに供給してモータを駆動する。例えば、駆動するモータが三相のモータであれば、駆動回路は、電源とアース間に直列接続された２つのスイッチングトランジスタ（ソース側及びシンク側のスイッチングトランジスタ）からなるアームを３つ有し、各アームの中間点をモータの各相モータコイルに接続する。そして、異なるアームにおけるソース側スイッチングトランジスタとシンク側トランジスタを順次オンすることによって、各相のモータコイルに順次駆動電流を流し、モータを回転させる。このような駆動方法を全波駆動という。
【０００３】
ここで、この方式では、モータの最大回転数は、モータで発生する逆起電力と駆動回路の電源電圧とで決定される。すなわち、逆起電力が電源電圧に等しくなるとそれ以上の電流がモータコイルに供給できなくなり、この回転数が最大回転数になる。
【０００４】
一方、電源電圧をそのままとして、モータの最大回転数を上昇させる方法として半波駆動がある。この半波駆動では、モータコイルの中点を電源に接続する。そして、ソース側のスイッチングトランジスタを常時オフとし、シンク側のスイッチングトランジスタのみ順次オンする。これによって、モータコイルの中点からモータコイルの半分に電流が順次流れる。従って、モータコイルの各端部に発生する逆起電力は、電源電圧を中心として０〜電源電圧の２倍の電圧の間でふれることになり、理論的に最大回転数が全波駆動の２倍になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般にＩＣは使用電圧が高い程チップ面積が広く必要でコストも高くなる。このためＩＣの使用は低電圧で動作させ異常状態でも最大定格電圧を超えない電圧範囲で動作させなければならない。
【０００６】
ここで、モータ駆動電流の出力端の電圧が、モータの回転中において、キックバックなどが生じた場合、モータコイルに大きな起電圧が生じる。これによって、モータの出力端の電圧が非常に高くなる可能性がある。そこで、この出力端の電圧を所定のクランプ電圧（電源電圧よりある程度高い電圧）以上にならないように、電圧をクランプするクランプ回路を設けているモータ駆動回路も知られている。
【０００７】
しかし、全波駆動と半波駆動を切り替える回路においては、このようなクランプ回路をそのまま設けることができない。すなわち、半波駆動時には、モータ駆動電流の出力端は電源電圧の２倍の電圧にまで上昇する。従って、通常のクランプ回路をそのまま設けた場合には、半波駆動時にこのクランプ回路が動作してしまいモータの駆動が行えなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、半波駆動時にも好適な出力端電圧のクランプを行うことができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のソース側出力トランジスタとシンク側トランジスタを有し、低速回転時にソース側及びシンク側トランジスタを順次オンする全波駆動のモータ駆動電流を出力し、高速回転時にシンク側出力トランジスタのみを順次オンする半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路であって、モータ駆動電流の出力端の電圧を一定値以下に保持するクランプ手段と、全波駆動時にクランプ手段をオンし、半波駆動時にはシンク側出力トランジスタのオン期間にこれに対応する出力端のクランプ手段をオンし、シンク側出力トランジスタのオフ期間にクランプ手段をオフするクランプ制御手段と、を有することを特徴とする。このように、半波駆動時であってシンク側出力トランジスタのオフ期間にクランプ手段を動作させないことによって、半波駆動時においてモータ駆動電流出力端の電圧をクランプ電圧以上に高くすることができ、モータの半波駆動を可能とする。また、全波駆動時には、出力端電圧のクランプによって、キックバックなどによる高電圧の悪影響を排除できる。
【００１０】
また、本発明は、前記クランプ制御手段は、半波駆動時において、シンク側出力トランジスタのオン期間にこれに対応する出力端のクランプ手段をオンすることを特徴とする。これによって、シンク側の出力トランジスタがオンになる出力端の電圧が電源電圧以下の場合に、クランプを動作させ、キックバックなどによる悪影響を排除できる。
【００１１】
また、本発明は、前記クランプ制御手段は、半波駆動時において、前記クランプ手段のオフ期間に、クランプ手段がオフされている出力端に対応するシンク側出力トランジスタのベースエミッタ間をショートさせることを特徴とする。シンク側出力トランジスタを完全にオフすることによって、トランジスタの耐圧を上昇して、出力端の高電圧に耐え得るようにする。これによって、本回路をＩＣで構成する場合におけるＩＣの耐圧を低くでき、コストを低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の三相Ｙ結線駆動回路の全体構成を示す図である。コレクタが電源電圧Ｖｓの電源に接続された３つのソース側出力トランジスタ（ＮＰＮ型）１０、１２、１４のエミッタが、エミッタが抵抗２２を介しグランドに接続された３つのシンク側トランジスタ（ＮＰＮ型）１６、１８、２０にそれぞれ接続されており、ソース側出力トランジスタ１０、１２、１４とシンク側出力トランジスタ１６、１８、２０との中点がモータへの駆動電流の出力端（Ｗout、Ｖout、Ｕout）になっている。すなわち、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相のモータ駆動電流が３つの出力端からそれぞれ出力される。なお、抵抗２２は、モータ駆動電流検出用のものである。
【００１４】
各出力トランジスタ１０、１２、１４、１６、１８、２０のベースには、プリドライブ回路３０からの制御ラインがそれぞれ別々に接続されており、プリドライブ回路３０が出力トランジスタ１０〜２０のオンオフを制御する。すなわち、プリドライブ回路３０は、ホール入力に基づくモータの回転位相やトルク指令に基づいて、出力トランジスタ１０〜２０のオンオフのための信号を発生する。
【００１５】
また、モータの回転位相を示すホール入力はタイミング回路４０に入力され、このタイミング回路４０は、クランプ制御回路４２にクランプのために必要なモータ回転位相についてのタイミング信号を供給する。また、全波半波切替回路４４は、ホール入力などからモータ回転数を検出し、この回転数が低速時に全波駆動を指示し、回転数が所定値以上の高速になったときに半波駆動を指示する全波半波切替信号をプリドライブ回路３０及びクランプ制御回路４２に供給する。
【００１６】
そして、プリドライブ回路３０は、全波駆動時には、ソース側の出力トランジスタ１０〜１４の１つと、シンク側の出力トランジスタ１６〜２０の１つを順次オンすることによって、電源からの電流をソース側出力トランジスタ→モータコイル→シンク側トランジスタ→グランドの経路で流しモータを駆動する。
【００１７】
図２に、全波駆動時の出力端の１つの駆動電圧変動を示す。このように、電圧は、グランドから電源電圧Ｖｓの間で変動する。そして、この場合に、クランプ制御回路４２は、出力端の電圧が所定のクランプ電圧以下になるようにクランプを行う。すなわち、電源電圧Ｖｓより若干高いクランプ電圧を予め設定しており、出力端の電圧がこのクランプ電圧を超えないように制御する。これによって、キックバックが生じた場合にも出力端の電圧をクランプ電圧に維持できる。
【００１８】
一方、半波駆動時において、プリドライブ回路３０によって、ソース側出力トランジスタ１０〜１４は常時オフしておく。また、モータコイルの中点を電源に接続する。そして、シンク側トランジスタ１６〜２０を１／２の期間だけ順次オンする。
【００１９】
すなわち、全波駆動時であれば、ソース側の出力トランジスタ１０〜１４をオンしていた電圧が高い期間（電圧波形の０〜１８０度の期間）において、出力トランジスタ１０〜２０の全てをオフして、残りの１８０度の期間において、シンク側出力トランジスタ１６〜２０を順次をオンする。これによって、図３に示すように、電源電圧を中心として変動する電圧波形が出力端に得られる。従って、最大振幅をほぼ２Ｖｓまで大きくできる。
【００２０】
そして、この半波駆動の際には、クランプ制御回路４２は、シンク側出力トランジスタ１６〜２０の１以上がオンになっている期間はクランプをオンとするが、シンク側トランジスタ１６〜２０がオフである期間、すなわち出力端の電圧が電源電圧以上になる期間において、クランプをオフする。これによって、出力端の電圧上昇を可能として、半波駆動によるモータ駆動を可能とする。
【００２１】
さらに、シンク側出力トランジスタをオフしている期間は、これらシンク側トランジスタのエミッタベース間をショートさせる。例えば、各シンク側トランジスタ１６〜２０のベースをグランドに接続することでエミッタベース間をショートさせる。これによって、シンク側のトランジスタ１６〜２０に電流が流れることを確実に防止する。このように、トランジスタに電流を流れなくすることによって、そのトランジスタは耐圧が高くなり、半波駆動時に生じる出力端の高電圧に対し強くなる。そこで、ＩＣの耐圧をギリギリのところまで下げられ、コストを低減することができる。
【００２２】
図４にクランプ制御回路４２の一部構成を示す。この回路は、出力トランジスタ１４、２０の接続点、すなわち出力端Ｕoutについてのクランプを制御するものである。出力端は、抵抗５０、５２、ＮＰＮトランジスタ５４を介しグランドに接続されている。このトランジスタ５４は、クランプをオンにするときに、Ｈが供給され、クランプをオフにするときにＬが供給される。従って、半波駆動時のシンク側出力トランジスタ１６〜２０をオフするときにのみトランジスタ５４がオフされる。
【００２３】
抵抗５０、５２の接続点は、ＰＮＰトランジスタ５６のベースに接続されている。このトランジスタ５６のエミッタは、ツェナーダイオード５８を介し出力端に接続されている。また、トランジスタ５６のコレクタは、抵抗６０を介し、ダイオード６２を介し、シンク側出力トランジスタ２０のベースに接続されている。
【００２４】
このような回路において、全波時は、トランジスタ５４はオンである。従って、抵抗５０、５２によって、分圧された出力端の電圧がトランジスタ５６のベースに印加されている。従って、抵抗５０における電圧降下がツェナーダイオード５８の降伏電圧とトランジスタ５６がオンになるＶ_BEの和を超えると、トランジスタ５６がオンし、ツェナーダイオード５８に降伏電流が流れ、出力端の電圧がクランプ電圧にクランプされる。例えば、ツェナーダイオード５８の降伏電圧を５．６Ｖとした場合、抵抗５０における電圧降下が約６．３Ｖになったときに、クランプが動作する。
【００２５】
なお、ダイオード６２は、ツェナーダイオード５８がオンしたときには、その電流がダイオード６２を介し、シンク側出力トランジスタ２０のベース電流となり、出力端の電圧を速やかに下降させることができる。
【００２６】
また、全波半波切替信号は、インバータ６６で反転されてコレクタが出力トランジスタ２０のベースに接続され、エミッタがグランドに接続されたＮＰＮトランジスタ６４に供給されている。従って、トランジスタ５４をオフする場合には、トランジスタ６４がオンする。これによって、シンク側出力トランジスタ２０のベースをグランドに接続することができ、シンク側出力トランジスタ２０を確実にオフすることができる。なお、トランジスタ６４のエミッタは、グランドではなく、抵抗２２の上側に接続してもよい。
【００２７】
各相のトランジスタの駆動電圧は、それぞれ１２０°ずつずれているため、上述のような制御も１２０°ずつずれたタイミングで行われる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、全波駆動半波駆動を切り替えるモータ駆動回路において、出力端の電圧のクランプを確実に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】 全波駆動時の駆動電圧を示す図である。
【図３】 半波駆動時の駆動電圧を示す図である。
【図４】 クランプ制御回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０〜２０ 出力トランジスタ、３０ プリドライブ回路、４０ タイミング回路、４２ クランプ制御回路、４４ 全波半波切替回路。

Claims (2)

1. 複数のソース側出力トランジスタとシンク側トランジスタを有し、低速回転時にソース側及びシンク側トランジスタを順次オンする全波駆動のモータ駆動電流を出力し、高速回転時にシンク側出力トランジスタのみを順次オンする半波駆動のモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路であって、
   モータ駆動電流の出力端の電圧を一定値以下に保持するクランプ手段と、
   全波駆動時にクランプ手段をオンし、半波駆動時にはシンク側出力トランジスタのオン期間にこれに対応する出力端のクランプ手段をオンし、シンク側出力トランジスタのオフ期間にクランプ手段をオフするクランプ制御手段と、
   を有することを特徴とするモータ駆動回路。
2. 請求項１に記載の回路において、
   前記クランプ制御手段は、半波駆動時において、前記クランプ手段のオフ期間に、クランプ手段がオフされている出力端に対応するシンク側出力トランジスタのベースエミッタ間をショートさせることを特徴とするモータ駆動回路。

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