JP4392831B2 - 可変型電流リミッタ回路を備えるブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

Description

本発明はブラシレスモータの駆動に係り、特に電流リミッタ方式を有する小型フアンの駆動回路に適するものに関する。

特開２００３−１３４８７７号公報に開示されているもの。

図２は従来から実施されている過電流保護回路を有するブラシレスモータの駆動回路の例で、１はロータの磁極位置を検出するためのホール素子、２はモータ駆動用ドライバＩＣ、３，４はパワー制御素子、５は固定子巻線、６は電流検出抵抗、７は抵抗、８はコンデンサ、１１は比較回路、９，１０は比較回路１１のしきい値電圧発生用の分圧抵抗、ダイオード１２、により構成されている。
そしてモータ駆動用ドライバＩＣ２には、ロジック信号発生回路２−１と、パルス信号発生回路２−２と、ロック検出用コンデンサ３３の電圧検出回路２−４と、同コンデンサ３３の充放電回路２−３が設けられている。

図２に示す従来技術になる過電流保護回路を有するブラシレスモータの駆動回路の動作を説明する。当該過電流保護回路を有するブラシレスモータの駆動回路は、ホール素子１の出力信号をモータ駆動用ドライバＩＣ２のロジック信号発生回路２−１に入力し、ロジック信号発生回路２−１から２個の通電信号がパワー制御素子３，４に送られ固定子巻線５に交互に通電して、ロータを所定方向に回転させ、図示されていないフアン・ブロワーを駆動するようになっている。

図示の構成においては、過負荷となりロータの回転数が低下するとパワー制御素子３，４に過大な電流が流れ過熱する恐れがある。この過熱を防止するためにパワー制御素子３，４と接地の間に電流検出抵抗６を設け、該電流検出抵抗６の電圧を抵抗７とコンデンサ８による平滑回路を介して比較回路１１のー側端子に入力し、比較回路１１の＋側端子に抵抗９と抵抗１０でＶCCを分圧したしきい値電圧を入力し、該比較回路１１の出力をパワー制御素子３，４の入力側に接続したダイオード１２に入力し、比較回路１１の出力が”ＬＯ”レベルとなるとダイオード１２がＯＮとなりパワー制御素子３，４の入力を遮断する構成の過電流保護回路が設けられている。

上述過電流保護回路の動作は、電流検出抵抗６の電圧を抵抗７とコンデンサ８により平滑されて比較回路１１のー側端子に入力し、比較回路１１の＋側端子に抵抗９と抵抗１０でＶCCを分圧したしきい値電圧を入力して比較し、コンデンサ８の電圧がしきい値電圧より低ければ比較回路１１の出力は"ＨＩ”レベルとなりダイオード１２がＯＦＦとなりパワー制御素子３，４に通電信号が入力されてＯＮとなりモータは回転を継続し、コンデンサ８の電圧がしきい値電圧より高ければ比較回路１１の出力は”ＬＯ”レベルとなりダイオード１２がＯＮとなりパワー制御素子３，４はＯＦＦとなりモータは回転せずパワー制御素子３，４は過熱から保護される。

また、モータ駆動用ドライバＩＣ２には、ロジック信号発生回路２−１と該ロジック信号発生回路２−１の出力によりロータの回転を検出するパルス信号発生回路２−２と、該パルス信号発生回路２−２の外部出力端子Ｐと、ロック検出コンデンサ３３の電圧検出回路２−４と、該ロック検出コンデンサ３３の電圧検出回路２−４の外部端子Ｒと、同コンデンサの充放電回路２−３が設けられており、ロック検出コンデンサ３３はロータが回転しているときは常時充放電回路２−３により充電され、かつパルス信号発生回路２−２の出力パルスにより放電されており、このロック検出コンデンサ３３の電圧を電圧検出回路２−４で検出し、充電により所定のロック検出電圧に達していることを検出するとロジック信号発生２−１の出力を遮断し、パワー制御素子３，４に送らないようにし、放電により所定の自動復帰電圧に達していることを検出するとロジック信号発生２−１の信号出力をパワー制御素子３，４に送るように動作する。

モータが正常に回転しているときは、パルス信号発生回路２−２の信号により充放電回路２−３がロック検出コンデンサ３３の電荷を放電するから、その電圧は上昇せず電圧検出回路２−４は所定の自動復帰電圧以下であることを検出するとロジック信号発生２−１の信号をパワー制御素子３，４に送るように動作しモータが回転を継続する。

ロータが機械的にロックされると、パルス信号発生回路２−２からパルス信号が発生しなくなるから充放電回路２−３は放電を停止し充電のみとなりロック検出用コンデンサ３３の電圧が上昇し、電圧検出回路２−４が所定のロック検出電圧以上の電圧であることを検出すると、ロジック信号発生２−１の信号を遮断してパワー制御素子３，４に送らなくなるのでモータを停止させパワー制御素子３，４の過熱を防止する。

電圧検出回路２−４が充電により所定のロック検出電圧に達していることを検出すると、ロック検出用コンデンサ３３が充放電回路２−３の時定数の長い回路により放電を開始し、所定時間時間後に電圧検出回路２−４が放電により自動復帰電圧に達したことを検出すると、ロジック信号発生回路２−１の信号がパワー制御素子３，４に入力されモータの回転が自動的に復帰する。

図２に示す従来技術の回路においては、モータ駆動用ドライバＩＣ２にロータのロックを検出してパワー素子３，４への通電を止めて過熱を防止する装置と、一方で通電電流を検出して比較回路でしきい値と比較して過負荷電流を制限する回路による過熱を防止する装置とが設けられており、それぞれの過熱防止装置が運転状況に対応して作動するようになっている。

ロータが機械的にロックすると、電流は急激に増加しパワー制御素子３，４の温度上昇が急激であるから、ロックを検出してから短時間で反応し、電流の制限値を低く抑えることにより安全性を確保するため、図２に示した回路でモータ駆動用ドライバＩＣ２に設けられたロータのロックを検出方式は反応が早く、電流のリミット値を決定する比較回路１１のしきい値電圧は、抵抗Ｒ9と抵抗Ｒ10でＶCCを分圧した値で決定されるから、一般的にしきい値電圧を低く設定する。

ところがモータの運転状況は、起動時、ロータのロック時、過負荷時のそれぞれの状況に応じた過電流が流れ、パワー制御素子３，４が過熱することがある。

起動時においては、立ち上がりを速くするため定常回転数に達するまでに大きな電流を流すように電流リミットのしきい値を大きく設定したい。
また、一般的に起動時においては、定常回転数に達するまでに電流がリミットのしきい値まで流れるため、多数のフアン・ブロワーを備えた装置において、多数のフアン・ブロワーを同時に起動させる場合大きな電源容量が必要となる。

定常運転状態で負荷が増大し電流がリミット値に近い値で継続して流れるとパワー制御素子３，４が過熱することがある。

最近のフアン・ブロワーにおいては、小型でありながらハイパワー化が進んでおり、電流の増加傾向にある。そこで従来技術においても電流リミット回路を設けてピーク電流を抑えているが、図２の回路においては電流制限のしきい値を定常回転時に合わせて一定に設定しているため、ロック時にも同様なピーク電流が流れる結果パワー制御素子の過熱が問題となる。
本発明は、起動時、定常回転時、ロック時等の色々の運転状況に対応した電流制限値を設定でき電流リミッタ回路を得ることにより小型のパワー制御素子でより大きな電流が流せるようにするのが課題である。

ロック検出センサ出力と、回転パルスセンサの出力より回転数に対応する電流リミッタ回路のしきい値を設定することにより、ロック時は電流のリミット値を低く、起動時は回転数の上昇に従い電流のリミット値を高くできる。課題を解決するため、ロータの回転数に同期した電流しきい値を設定できる可変型電流リミッタ回路を設ける。

本発明になる回転数に同期した可変型電流リミット回路を備えたブラシレスモータの駆動回路は上記のような構成であるから下記の効果が得られる。
回転数に見合った電流リミッタのしきい値を設定することにより、ロック時には電流リミッタの値を低くし、パワー素子の発熱を抑え、起動時にはソフトスタートの効果をもたらし、定常回転から何らかの外力による負荷がかかった場合には回転数が低下するのに同期して電流リミッタのしきい値が下がり過負荷保護の効果が得られる。

以下本発明の実施例を説明する。

図１は本発明になる可変型電流リミッタ回路を備えたブラシレスモータの駆動装置の回路図で、図において一点鎖線より上部（Ａ区画）は図２に示す従来技術になる過負荷保護回路を備えたブラシレスモータの回路図と同じで、一点鎖線より下部（Ｂ区画）が本発明になる回転数に同期した電流しきい値を設定できる可変型電流リミッタ回路の部分である。

一点鎖線より下部（Ｂ区画）の本発明になる回転数に同期した電流しきい値を設定できる電流リミッタ回路の部分について説明する。
図において、制御用電源Ｖccと第１のトランジスタ２０のエミッタを接続し、該トランジスタ２０のコレクタと、第２のトランジスタ２１のエミッタを接続し、該トランジスタ２１のコレクタをダイオード２２に接続し、ダイオード２２と接地の間に抵抗２３を接続し、第１のトランジスタ２０のベースとモータ駆動用ドライバＩＣ２のロック検出端子Ｒとを接続し、第２のトランジスタ２１のベースとモータ駆動用ドライバＩＣ２のパルス信号出力端子Ｐとを接続し、ダイオード２２と抵抗２３の接続点と、コンデンサ２４とダイオード２６と抵抗２７とを直列に接続して第３のトランジスタ２８のベースに接続し、該トランジスタ２８のコレクタとＶCCの間に抵抗２９を、トランジスタ２８のエミッタとＶccの間に抵抗３１を、トランジスタ２８のエミッタと接地の間にコンデンサ３０を、トランジスタ２８のエミッタと比較回路３６の＋側端子の間に抵抗３２を、抵抗３２と比較回路３６の＋側端子との接続点と接地の間にコンデンサ３４と抵抗３５を接続し、比較回路３６のー側端子と電流検出抵抗６の間に抵抗７を、比較回路３６のー側端子と接地の間に抵抗３７を接続してある。

図１に示す本発明になる回転数に同期した可変型電流リミッタ回路の各動作条件における動作について説明する。
ロック時の動作：ロータがロックすると、モータ駆動用ドライバＩＣ２のロック検出信号の端子Ｒが”HＩ”レベルとなり、第１のトランジスタ２０にベース電流が供給されなくなるからＯＦＦとなり、このため第２のトランジスタ２１の動作に関わらず、Ｖccから抵抗２７までの回路に電流が流れず第３のトランジスタ２８のベースに電流が供給されないため、比較回路３６に供給されるしきい値電圧は抵抗３１、抵抗３２、抵抗３５の分圧値で決定されるから、ロック時の電流を減少させるためしきい値電圧が低くなるように上記抵抗３１、抵抗３２、抵抗３５の値を設定する。

起動時の動作
起動時にはロータが回転を始めるとモータ駆動用ドライバＩＣ２のロック検出回路の端子Ｒの出力が”ＬＯ”となり、第１のトランジスタ２０がＯＮとなり、かつモータ駆動用ドライバＩＣ２のＰ端子から相切替え周期に同期したパルス信号が第２のトランジスタ２１に入力されることにより、Ａ点に相切替え周期に同期した矩形波が印加され、Ｂ点にはこの矩形波がコンデンサ２４によって微分され、さらにダイオード２６により負領域がカットされた電圧波形が第３のトランジスタ２８に印加される。
これにより第３のトランジスタ２８が相切替え周期に同期してＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、抵抗２９により制限された充電電流がコンデンサ３０に流れ、Ｃ点の電圧が上昇する。そして、コンデンサ３０の電圧が抵抗３２を介して比較回路３６に供給されしきい値電圧が上昇する。

回転数が増加すると第３のトランジスタ２８のＯＦＦ区間が短くなるため、コンデンサ３０の充電比率が増加することで比較回路３６に供給されるしきい値電圧が上昇してゆき定常値に達すると安定する。

過負荷時においては起動時の動作の逆の現象が起こる。すなわち、過負荷となると回転数が低下することにより、第３のトランジスタ２８のＯＦＦ区間が長くなるため、コンデンサ３０の充電時間が低下することにより、比較回路３６に供給されしきい値電圧も低下していく。
このようにして、比較回路３６の電流リミット値のしきい値がモータの回転数に対応して変化する。

本発明の産業上の利用可能性は、フアンモータの駆動回路に限定される。

本発明になる回転数に同期した可変電流型電流リミッタ回路を備えたブラシレスモータの駆動回路。 従来技術になる過電流保護回路を備えたブラシレスモータの駆動回路。

符号の説明

１ ロ ータの磁極位置検出用ホール素子
２ モータ駆動用ドライバＩＣ
3、4 パワー制御素子
５ 固定子巻線
６ 電流検出用抵抗
７ 抵抗
８ コンデンサ
９、１０ 抵抗
１１ 比較回路
１２ ダイオード
２０、２１、２８ トランジスタ
２２、２６ ダイオード
２４、３０、３４ コンデンサ
２３、２５、２７、２９、３１、３２、３５、３７ 抵抗
３６ 比較回路
ＶCC 制御用電源

Claims (1)

1. ロータ磁極位置検出用ホール素子と、該ホール素子の出力を受けたロジック信号
   とロータの回転をパルス信号に変換するパルス信号とロータロック時のロック検
   出信号を出力するモータ駆動用ドライバＩＣと、パワー制御素子とを有し、巻線
   電流検出回路と、しきい値電圧発生回路と、前記電流検出回路の出力としきい値
   電圧とを比較する比較回路と共に、巻線電流を所定の値に制限する電流リミッタ
   回路をも備えるブラシレスＤＣモータの駆動回路において、
   ベースが前記モータ駆動用ドライバＩＣ（２）のロック検出信号端子（Ｒ）に、
   エミッタが制御用電源（ＶＣＣ）に、コレクタが第２のトランジスタ（２１）の
   エミッタに接続された第１のトランジスタ（２０）と、ベースが前記モータ駆動
   用ドライバＩＣ（２）のパルス信号端子（Ｐ）に、コレクタがダイオード（２２）
   に接続された前記第２のトランジトランジスタ（２１）と、前記ダイオード（２
   ２）と接地間に接続された抵抗（２３）と、該ダイオード（２２）と抵抗（２３）
   との接続点と接地間に直列接続されたコンデンサ（２４）及び抵抗（２５）と、
   該コンデンサ（２４）と抵抗（２５）との接続点及び第３のトランジスタ（２８）
   のベース間に直列接続されたダイオード（２６）及び抵抗（２７）と、前記第３
   のトランジスタ（２８）のコレクタと制御用電源（ＶＣＣ）の間に接続された抵
   抗（２９）と、同第３のトランジスタ（２８）のエミッタと接地間に接続された
   コンデンサ（３０）と、同第３のトランジスタ（２８）のエミッタと制御用電源
   （ＶＣＣ）との間に接続された抵抗（３１）と、同第３のトランジスタ（２８）
   のエミッタと接地間に直列接続された抵抗（３２）及びコンデンサ（３４）と、
   該抵抗（３２）とコンデンサ（３４）との接続点と接地間に接続された抵抗（３
   ５）と、＋側端子が前記抵抗（３２）とコンデンサ（３４）との接続点に接続さ
   れ、−側端子が抵抗（３７）を介して接地されると共に、該−側端子が抵抗（７）
   を介して電流検出抵抗（６）に接続される比較回路（３６）とより成ること、を
   特徴とする回転数に同期した可変型電流リミッタ回路を備えるブラシレスモータ
   の駆動回路。