JP4642191B2 - Motor driver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータやスピンドルモータ等のモータに供給する電流を負帰還することによってモータの駆動を制御する機能を備えたステッピングモータドライバに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の一般的なステッピングモータドライバの構成を図6に示す。401A及び401Bは出力回路、402Aは演算増幅器、402Bは直流の電圧源、402Cはコントローラ、402Dは外付けの抵抗、403A及び403Bはステッピングモータのコイル、404A、404B、404C、404D、404E、404F、404G、及び、404HはNPN型のトランジスタである。尚、図6に示したステッピングモータドライバは2つのコイルをもったステッピングモータを駆動の対象とするものである。
【0003】
出力回路401Aは、4つのトランジスタ404A、404B、404C、及び、404Dから成る。出力回路401Bは、4つのトランジスタ404E、404F、404G、及び、404Hから成る。トランジスタ404A、404C、404E、及び、404Gのコレクタは端子405Aに共通に接続されている。端子405Aは電源電圧VCCに接続される。また、トランジスタ404B、404D、404F、及び、404Hのエミッタは端子405Bに共通に接続されている。端子405Bは抵抗402Dを介してグランドGNDに接続される。
【0004】
出力回路401Aでは、トランジスタ404Aのエミッタとトランジスタ404Bのコレクタとが端子405Cに共通に接続されており、また、トランジスタ404Cのエミッタとトランジスタ404Dのコレクタとが端子405Dに共通に接続されている。端子405Cと端子405Dとの間にはステッピングモータの一方のコイル403Aが接続される。
【0005】
出力回路401Bでは、トランジスタ404Eのエミッタとトランジスタ404Fのコレクタとが端子405Eに共通に接続されており、また、トランジスタ404Gのエミッタとトランジスタ404Hのコレクタとが端子405Fに共通に接続されている。端子405Eと端子405Fとの間にはステッピングモータの他方のコイル403Bが接続される。
【0006】
演算増幅器402Aでは、非反転入力端子(+)に電圧源402Bが発生する直流電圧が入力されており、一方、反転入力端子(−)は端子405Bに接続されており、ステッピングモータに流れる全電流が抵抗402Dにより電圧に変換されて反転入力端子(−)に入力されている。
【0007】
コントローラ402Cは、コイル403A及び403Bに流れる電流の方向が適切なタイミングで切り替わるように、出力回路401A及び401Bを構成する各トランジスタのON/OFFを制御する。また、コントローラ402Cは、出力回路401A及び401Bを構成する各トランジスタをONさせる際にそのベースに供給する電流を、演算増幅器402Aの出力が基準より大きくならないように抑え込む。これにより、ステッピングモータに流れる全電流がある値よりも大きくならないように負帰還制御される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして、ステッピングモータに流れる電流を負帰還するような制御を行う場合には、駆動の対象となるステッピングモータの仕様によっては、出力回路を構成するトランジスタのON/OFFの切り替わり時に、ステッピングモータのコイルのインダクタンス成分に起因して、ステッピングモータのコイルに流れる電流Iには、その波形を図7に示すように、オーバーシュート70が発生しやすくなり、また、ステッピングモータのコイルに流れる電流やステッピングモータのコイルの両端に生じる電圧が発振しやすくなり、ノイズが増大する原因となっていた。特に、USB規格に対応したフロッピーディスクドライブなどの電子機器では、ホスト側から電源供給を受けるようになっており、電流に対する規格が厳しいので、問題になることが多かった。
【0009】
そこで、本発明は、モータのコイルに供給する電流を負帰還制御する機能を備えた上で、出力回路におけるスイッチング動作に伴って発生するノイズを低減させることができるようにしたモータドライバを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明では、モータのコイルに供給する電流を負帰還制御する機能を備えたモータドライバにおいて、前記負帰還制御の目標値を可変とするとともに、モータのコイルに電流を供給し始める時点では最大ではなく、モータのコイルに電流を供給し始めた後に最大となるように前記負帰還制御の目標値を制御するようにしている。この構成により、モータのコイルに流れる電流が出力回路のスイッチング時に緩やかに変化するようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。磁気ディスクの1種であるフロッピーディスクに対するデータの記録及び再生を行うフロッピーディスクドライブ(以下、「FDD」と称する)のブロック図を図1に示す。同図において、1はインターフェースドライバ、2はコントローラ、3はリードライト部、4はステッピングモータドライバ、5はスピンドルモータドライバ、6はリードライトヘッド、7はイレーズヘッド、8はステッピングモータ、9はスピンドルモータ、10はインデックスセンサ、11はトラックセンサ、100は外部のホスト装置(例えばパーソナルコンピュータなど)である。
【0012】
各部の動作について説明する。インターフェースドライバ1は、コントローラ2及びリードライト部3がホスト装置100とデータ通信を行うためのものである。
【0013】
コントローラ2は、インターフェードライバ1を介してホスト装置100から受信したデータに応じて、フロッピーディスクに対するFDD全体のデータの記録及び再生動作を制御し、また、FDDの動作状態を示すデータなどをインターフェースドライバ1を介してホスト装置100へ送信する。
【0014】
リードライト部3は、コントローラ2の制御の下で、データの記録時には、ホスト装置100からインターフェースドライバ1を介して受信したデータに応じて、磁気ヘッドであるリードライトヘッド6に電流を供給するとともに、磁気ヘッドであるイレーズヘッド7に電流を供給する。これにより、フロッピーディスク上のイレーズヘッド7により初期化された磁性面がリードライトヘッド6によりデータに応じて磁化されるので、フロッピーディスクにデータが記録されることになる。一方、データの再生時には、リードライトヘッド6に生じる電圧に基づいて、フロッピーディスクからデータを再生し、再生したデータをインターフェースドライバ1を介してホスト装置100に送信する。
【0015】
ステッピングモータドライバ4は、コントローラ2の制御の下で、リードライトヘッド6及びイレーズヘッド7をフロッピーディスクの半径方向へ移送するステッピングモータ8を駆動する。スピンドルモータドライバ5は、コントローラ2の制御の下で、フロッピーディスクを回転させるスピンドルモータ9を駆動する。
【0016】
インデックスセンサ10は、フロッピーディスクが正常に回転しているか否かを、また、トラックセンサ11は、リードライトヘッド6及びイレーズヘッド7がフロッピーディスクの最外周に位置しているか否かを、それぞれコントローラ2が検出するためのものである。
【0017】
ここで、ステッピングモータドライバ4の回路図を図2に示す。同図において、41A及び41Bは出力回路、42A及び42Bは電流制限回路、43はコントローラ、44A及び44Bは電流を電圧に変換するために1Ω以下が設定された外付けの抵抗、45A及び45Bはステッピングモータのコイルである。
【0018】
出力回路41Aは、pチャネルのMOS型FET(以下、「pMOS」と称する)401、nチャネルのMOS型FET(以下、「nMOS」と称する)402、pMOS403、及び、nMOS404から成る。出力回路41Bは、pMOS405、nMOS406、pMOS407、及び、nMOS408から成る。pMOS401及び403のソースは端子46Cに共通に接続されている。端子46Cは抵抗44Aを介して電源電圧VCCに接続される。
【0019】
pMOS405及び407のソースは端子46Dに共通に接続されている。端子46Dは抵抗44Bを介して電源電圧VCCに接続される。nMOS402、404、406、及び、408のソースは端子46Bに共通に接続されている。端子46BはグランドVGNDに接続される。
【0020】
pMOS401及びnMOS402のドレインは端子46Eに共通に接続されている。端子46Eにはコイル45Aの一端が接続される。pMOS403及びnMOS404のドレインは端子46Fに共通に接続されている。端子46Fにはコイル45Aの他端が接続される。
【0021】
pMOS405及びnMOS406のドレインは端子46Gに共通に接続されている。端子46Gにはコイル45Bの一端が接続される。pMOS407及びnMOS408のドレインは端子46Hに共通に接続されている。端子46Hにはコイル45Bの他端が接続される。
【0022】
電流制限回路42Aは、定電流源409、抵抗410、抵抗411、pMOS412、演算増幅器413、コンデンサ414、抵抗415、pMOS416、定電流源417、抵抗418、抵抗419、pMOS420、演算増幅器421、コンデンサ422、抵抗423、及び、pMOS424から成る。
【0023】
電流制限回路42Bは、定電流源425、抵抗426、抵抗427、pMOS428、演算増幅器429、コンデンサ430、抵抗431、pMOS432、定電流源433、抵抗434、抵抗435、pMOS436、演算増幅器437、コンデンサ438、抵抗439、及び、pMOS440から成る。
【0024】
定電流源409の電流流入側は、抵抗410を介して電源ライン47に接続されているとともに、抵抗411を介してpMOS412のドレインに接続されている。定電流源409の電流流出側は接地されている。pMOS412は、ソースが電源ライン47に接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。尚、電源ライン47には、外部から端子46Aを介して電源電圧VCCが印加される。
【0025】
演算増幅器413は、非反転入力端子(+)が定電流源409、抵抗410、及び、抵抗411の共通の接続点に接続されているとともに、コンデンサ414を介して接地されており、一方、反転入力端子(−)が端子46Cに接続されている。
【0026】
演算増幅器413の出力端子は抵抗415を介して出力回路41Aを構成するpMOS401のゲートに接続されている。pMOS416は、ソースが電源ライン47に接続されており、ドレインがpMOS401のゲートに接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0027】
定電流源417の電流流入側は、抵抗418を介して電源ライン47に接続されているとともに、抵抗419を介してpMOS420のドレインに接続されている。定電流源417の電流流出側は接地されている。pMOS420は、ソースが電源ライン47に接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0028】
演算増幅器421は、非反転入力端子(+)が定電流源417、抵抗418、及び、抵抗419の共通の接続点に接続されているとともに、コンデンサ422を介して接地されており、一方、反転入力端子(−)が端子46Cに接続されている。
【0029】
演算増幅器421の出力端子は抵抗423を介して出力回路41Aを構成するpMOS403のゲートに接続されている。pMOS424は、ソースが電源ライン47に接続されており、ドレインがpMOS403のゲートに接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0030】
定電流源425の電流流入側は、抵抗426を介して電源ライン47に接続されているとともに、抵抗427を介してpMOS428のドレインに接続されている。定電流源425の電流流出側は接地されている。pMOS428のソースは電源ライン47に接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0031】
演算増幅器429は、非反転入力端子(+)が定電流源425、抵抗426、及び、抵抗427の共通の接続点に接続されているとともに、コンデンサ430を介して接地されており、一方、反転入力端子(−)が端子46Dに接続されている。
【0032】
演算増幅器429の出力端子は抵抗431を介して出力回路41Bを構成するpMOS405のゲートに接続されている。pMOS432は、ソースが電源ライン47に接続されており、ドレインがpMOS405のゲートに接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0033】
定電流源433の電流流入側は、抵抗434を介して電源ライン47に接続されているとともに、抵抗435を介してpMOS436のドレインに接続されている。定電流源433の電流流出側は接地されている。pMOS436のソースは電源ライン47に接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0034】
演算増幅器437は、非反転入力端子(+)が定電流源433、抵抗434、及び、抵抗435の共通の接続点に接続されているとともに、コンデンサ438を介して接地されており、一方、反転入力端子(−)が端子46Dに接続されている。
【0035】
演算増幅器437の出力端子は抵抗439を介して出力回路41Bを構成するpMOS407のゲートに接続されている。pMOS440は、ソースが電源ライン47に接続されており、ドレインがpMOS407のゲートに接続されており、ゲートにはコントローラ43から出力される電圧が印加されている。
【0036】
以上より、例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流が流れる場合について見ると、コイル45Aに流れる電流は抵抗44Aによって電圧に変換されて、演算増幅器413の反転入力端子に入力される。そして、この間は、後述するように、pMOS416がOFFになり、演算増幅器413の出力電圧がpMOS401のゲートに印加されるので、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流に応じた電圧のみが負帰還されることになる。
【0037】
尚、ステッピングモータのコイルに流れる電流を電圧に変換するにあたって、電源電圧側(電源の高電位側)に抵抗を挿入して行う方が、グランド側(電源の低電位側)に抵抗を挿入して行うよりも、回路構成を簡単にすることができる。
【0038】
そして、演算増幅器413の非反転入力端子(+)に入力される電圧は、pMOS412がOFFであるときよりもONであるときの方が高いので、負帰還される電流の目標値は、pMOS412がOFFであるときよりもONであるときの方が小さくなる。また、pMOS412のON/OFFが切り替わっても、コンデンサ414を充放電するのに時間を要するため、負帰還される電流の目標値は徐々に変化する(即座には変化しない)。
【0039】
尚、このように負帰還される電流の目標値は2種類存在するわけであるが、その大きい方の目標値は、pMOS401が非飽和状態にならなければ流れない電流の値に設定されており、このため、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流が、負帰還制御の目標値よりも大きくならないように制限されることになる。以下、負帰還される電流の目標値を「カレントリミット値」と称する。
【0040】
また、図2の矢印202の方向へコイル45Aに流れる電流、図2の矢印203の方向へコイル45Bに流れる電流、及び、図2の矢印204の方向へコイル45Bに流れる電流も同様に制限され、それぞれの電流のカレントリミット値はpMOS420、428、436のON/OFFによって2段階に切り替わる。
【0041】
コントローラ43は、FDD全体のコントローラ2からの指令に応じて、出力回路41Aを構成するnMOS402及び404、出力回路41Bを構成するnMOS406及び408、電流制限回路42Aを構成するpMOS412、416、420、及び、424、並びに、電流制限回路42Bを構成するpMOS428、432、436、及び、440のゲートに印加する電圧を制御する。
【0042】
コントローラ43の具体的な動作を以下に3つ示す。1つ目の例では、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412のゲートに印加する電圧をそれぞれ図3の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に示すように変化させる。すなわち、pMOS412がONである状態で、pMOS416がOFF、nMOS402がOFF、pMOS424がON、nMOS404がONになるとともに、その後、時間T1が経過すると、pMOS412がONからOFFに切り替わるように制御する。尚、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS412は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0043】
また、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS424、nMOS404、pMOS416、nMOS402、pMOS420がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS420は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0044】
また、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS432、nMOS406、pMOS440、nMOS408、pMOS428がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS428は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0045】
また、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS440、nMOS408、pMOS432、nMOS406、pMOS436がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS436は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0046】
以上より、コイルに電流の供給を開始した後に、カレントリミット値が最小である状態から上昇し始める(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流のカレントリミット値CLは図3の(f)に示すように変化する)ので、コイルに電流の供給を開始する前からカレントリミット値が最大値で固定されている場合に比して、コイルに流れる電流が緩やかに増加する(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流Iは図3の(g)に示すように変化する)ようになり、その結果、コイルに流れる電流のオーバーシュート及び発振、並びに、コイルの両端に生じる電圧の発振が抑制され、これにより、ノイズが低減する。また、これにより、電流に対する規格が厳しい電子機器(例えばUSB規格に対応した電子機器など)にも問題なく使用することができる。
【0047】
2つ目の例では、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412のゲートに印加する電圧をそれぞれ図4の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に示すように変化させる。すなわち、図3の場合に比べてpMOS412がONからOFFに切り替わるタイミングが早くなって、pMOS416がOFF、nMOS402がOFF、pMOS424がON、nMOS404がONになるのと同時に、pMOS412がONからOFFに切り替わるように制御する。尚、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでに、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS412は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0048】
また、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS424、nMOS404、pMOS416、nMOS402、pMOS420がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS420は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0049】
また、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS432、nMOS406、pMOS440、nMOS408、pMOS428がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS428は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0050】
また、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS440、nMOS408、pMOS432、nMOS406、pMOS436がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS436は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0051】
以上より、コイルに電流の供給を開始すると同時に、カレントリミット値が最小である状態から上昇し始める(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流のカレントリミット値CLは図4の(f)に示すように変化する)ので、コイルに電流の供給を開始する前からカレントリミット値が最大値で固定されている場合に比して、コイルに流れる電流が緩やかに増加する(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流Iは図4の(g)に示すように変化する)ようになり、その結果、コイルに流れる電流のオーバーシュート及び発振、並びに、コイルの両端に生じる電圧の発振が抑制され、これにより、ノイズが低減する。また、これにより、電流に対する規格が厳しい電子機器(例えばUSB規格に対応した電子機器など)にも問題なく使用することができる。
【0052】
3つ目の例では、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412のゲートに印加する電圧をそれぞれ図5の(a)、(b)、(c)、(d)、(e)に示すように変化させる。すなわち、図4に比べてpMOS412がONからOFFに切り替わるタイミングが早くなって、pMOS416がOFF、nMOS402がOFF、pMOS424がON、nMOS404がONになるまでの時間T2だけ前にpMOS412がONからOFFに切り替わるように制御する。尚、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでに、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS412は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0053】
また、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときには、pMOS424、nMOS404、pMOS416、nMOS402、pMOS420がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印202の方向へコイル45Aに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS420は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0054】
また、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS432、nMOS406、pMOS440、nMOS408、pMOS428がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印203の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS428は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0055】
また、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときには、pMOS440、nMOS408、pMOS432、nMOS406、pMOS436がそれぞれ、図2の矢印201の方向へコイル45Aに電流を流す場合における、上述したpMOS416、nMOS402、pMOS424、nMOS404、pMOS412と同様にON/OFFが切り替わるように制御する。尚、図2の矢印204の方向へコイル45Bに電流の供給を開始するときまでには、該電流のカレントリミット値が最小になっているように、pMOS436は適切なタイミングでOFFからONに切り替えられる。
【0056】
以上より、カレントリミット値が、コイルに電流の供給を開始する前に最小である状態から上昇し始め、コイルに電流の供給を開始した後に最大である状態になる(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流のカレントリミット値CLは図5の(f)に示すように変化する)ので、コイルに電流の供給を開始する前からカレントリミット値が最大値で固定されている場合に比して、コイルに流れる電流が緩やかに増加する(例えば、図2の矢印201の方向へコイル45Aに流れる電流Iは図5の(g)に示すように変化する)ようになり、その結果、コイルに流れる電流のオーバーシュート及び発振、並びに、コイルの両端に生じる電圧の発振が抑制され、これにより、ノイズが低減する。また、これにより、電流に対する規格が厳しい電子機器(例えばUSB規格に対応した電子機器など)にも問題なく使用することができる。
【0057】
尚、上記実施形態のステッピングモータドライバでは、スイッチング素子としてMOS型FETを用いていたが、バイポーラトランジスタで代用することができる。また、出力回路を構成するトランジスタのON/OFFを切り替える際には、必ずしも全てのトランジスタのON/OFFを同じタイミングで切り替える必要はない。例えば、それまでにコイルから電流が流れ込んでいたトランジスタをONからOFFに切り替えるタイミングを他のトランジスタのON/OFFを切り替えるタイミングよりも遅らせるようにしてもよい。
【0058】
また、カレントリミット値を3種類以上設けるようにしてもよいし、他の回路構成でカレントリミット値を切り替えるようにしてもよい。また、上記実施形態はステッピングモータを駆動するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、スピンドルモータ等の他のモータを駆動するものであってもよい。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータドライバによれば、モータのコイルに供給する電流の負帰還制御の目標値を適切に切り替えることにより、モータのコイルに流れる電流が出力回路のスイッチング時により緩やかに変化するようにしているので、モータのコイルに流れる電流のオーバーシュート及び発振、並びに、モータのコイルの両端に生じる電圧の発振を抑制して、ノイズを低減させることができるようになる。したがって、本発明のモータドライバは、電流に対する規格が厳しい電子機器(例えばUSB規格に対応した電子機器など)にも問題なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のステッピングモータドライバを搭載したFDDのブロック図である。
【図2】 本発明のステッピングモータドライバの回路図である。
【図3】 図2に示すステッピングモータドライバの出力回路を構成する各トランジスタのON/OFFが切り替わるタイミングの一例、並びに、これに伴うカレントリミット値及びモータのコイルに流れる電流の変化の様子を示す図である。
【図4】 図2に示すステッピングモータドライバの出力回路を構成する各トランジスタのON/OFFが切り替わるタイミングの別の例、並びに、これに伴うカレントリミット値及びモータのコイルに流れる電流の変化の様子を示す図である。
【図5】 図2に示すステッピングモータドライバの出力回路を構成する各トランジスタのON/OFFが切り替わるタイミングのさらに別の例、並びに、これに伴うカレントリミット値及びモータのコイルに流れる電流の変化の様子を示す図である。
【図6】 従来の一般的なステッピングモータドライバの構成を示す図である。
【図7】 従来の一般的なステッピングモータドライバの出力回路のスイッチング時にモータのコイルに流れる電流の波形を示す図である。
【符号の説明】
1 インターフェースドライバ
2 コントローラ
3 リードライト部
4 ステッピングモータドライバ
5 スピンドルモータドライバ
6 リードライトヘッド
7 イレーズヘッド
8 ステッピングモータ
9 スピンドルモータ
10 インデックスセンサ
11 トラックセンサ
41A、41B 出力回路
42A、42B 電流制限回路
43 コントローラ
44A、44B 抵抗
45A、45B ステッピングモータのコイル
46A、46B、46C、46D 端子
46E、46F、46G、46H 端子
47 電源ライン
100 ホスト装置
401、403、405、407 pMOS
402、404、406、408 nMOS
409、417、425、433 定電流源
410、418、426、434 抵抗
411、419、427、435 抵抗
412、420、428、436 pMOS
413、421、429、437 演算増幅器
414、422、430、438 コンデンサ
415、423、431、439 抵抗
416、424、432、440 pMOS[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stepping motor driver having a function of controlling the driving of a motor by negatively feeding back a current supplied to a motor such as a stepping motor or a spindle motor.
[0002]
[Prior art]
A configuration of a conventional general stepping motor driver is shown in FIG. 401A and 401B are output circuits, 402A is an operational amplifier, 402B is a DC voltage source, 402C is a controller, 402D is an external resistor, 403A and 403B are stepping motor coils, 404A, 404B, 404C, 404D, 404E,
[0003]
The
[0004]
In the
[0005]
In the
[0006]
In the
[0007]
The
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when control is performed such that the current flowing through the stepping motor is negatively fed back in this way, depending on the specifications of the stepping motor to be driven, the transistor constituting the output circuit may be switched on / off. Due to the inductance component of the stepping motor coil, the current I flowing in the stepping motor coil is likely to generate an
[0009]
Accordingly, the present invention provides a motor driver that has a function of performing negative feedback control of a current supplied to a motor coil, and that can reduce noise generated due to a switching operation in an output circuit. For the purpose.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a motor driver having a function of performing negative feedback control on a current supplied to a motor coil, the target value of the negative feedback control is made variable and a current is supplied to the motor coil. The target value of the negative feedback control is controlled so that it is not the maximum at the time of starting the supply of current, but the maximum after starting to supply the current to the motor coil. With this configuration, the current flowing in the motor coil gradually changes when the output circuit is switched.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a floppy disk drive (hereinafter referred to as “FDD”) that records and reproduces data on a floppy disk, which is a type of magnetic disk. In the figure, 1 is an interface driver, 2 is a controller, 3 is a read / write unit, 4 is a stepping motor driver, 5 is a spindle motor driver, 6 is a read / write head, 7 is an erase head, 8 is a stepping motor, and 9 is a spindle. A motor, 10 is an index sensor, 11 is a track sensor, and 100 is an external host device (for example, a personal computer).
[0012]
The operation of each part will be described. The
[0013]
The
[0014]
Under the control of the
[0015]
The stepping
[0016]
The
[0017]
Here, a circuit diagram of the stepping
[0018]
The
[0019]
The sources of the
[0020]
The drains of the
[0021]
The drains of the
[0022]
The current limiting
[0023]
The current limiting circuit 42B includes a constant
[0024]
The current inflow side of the constant
[0025]
In the
[0026]
The output terminal of the
[0027]
The current inflow side of the constant
[0028]
In the
[0029]
The output terminal of the
[0030]
The current inflow side of the constant
[0031]
In the
[0032]
The output terminal of the
[0033]
The current inflow side of the constant
[0034]
In the
[0035]
The output terminal of the
[0036]
From the above, for example, when the current flows in the
[0037]
When converting the current flowing in the coil of the stepping motor into a voltage, inserting a resistor on the power supply voltage side (high potential side of the power supply) inserts a resistor on the ground side (low potential side of the power supply). The circuit configuration can be simplified as compared with the above.
[0038]
Since the voltage input to the non-inverting input terminal (+) of the
[0039]
There are two kinds of target values for the current that is negatively fed back in this way. The larger target value is set to the value of the current that does not flow unless the
[0040]
Also, the current flowing in the
[0041]
In response to a command from the
[0042]
Three specific operations of the
[0043]
Further, when the supply of current to the
[0044]
Further, when the supply of current to the coil 45B in the direction of the
[0045]
When starting to supply current to the coil 45B in the direction of the
[0046]
As described above, after the current supply to the coil is started, the current limit value starts to increase from the minimum state (for example, the current limit value CL of the current flowing through the
[0047]
In the second example, when the current supply to the
[0048]
Further, when the supply of current to the
[0049]
Further, when the supply of current to the coil 45B in the direction of the
[0050]
When starting to supply current to the coil 45B in the direction of the
[0051]
As described above, at the same time as the current supply to the coil is started, the current limit value starts to increase from the minimum state (for example, the current limit value CL of the current flowing through the
[0052]
In the third example, when the supply of current to the
[0053]
Further, when the supply of current to the
[0054]
Further, when the supply of current to the coil 45B in the direction of the
[0055]
When starting to supply current to the coil 45B in the direction of the
[0056]
As described above, the current limit value starts to increase from the minimum state before starting the supply of current to the coil, and reaches the maximum state after starting the supply of current to the coil (for example, the
[0057]
In the stepping motor driver of the above embodiment, the MOS type FET is used as the switching element, but a bipolar transistor can be used instead. Further, when switching ON / OFF of the transistors constituting the output circuit, it is not always necessary to switch ON / OFF of all the transistors at the same timing. For example, the timing at which a transistor in which current has been flowing from the coil until now is switched from ON to OFF may be delayed from the timing at which other transistors are switched ON / OFF.
[0058]
Further, three or more types of current limit values may be provided, or the current limit values may be switched with other circuit configurations. In the above embodiment, the stepping motor is driven. However, the present invention is not limited to this, and another motor such as a spindle motor may be driven.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the motor driver of the present invention, by appropriately switching the target value of the negative feedback control of the current supplied to the motor coil, the current flowing through the motor coil becomes more gradual when the output circuit is switched. Therefore, it is possible to reduce noise by suppressing overshoot and oscillation of the current flowing in the motor coil and oscillation of the voltage generated at both ends of the motor coil. Therefore, the motor driver of the present invention can be used without any problem even in electronic devices with strict standards for current (for example, electronic devices compatible with the USB standard).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an FDD equipped with a stepping motor driver of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram of a stepping motor driver of the present invention.
FIG. 3 shows an example of timing for switching ON / OFF of each transistor constituting the output circuit of the stepping motor driver shown in FIG. 2, and the current limit value and the state of the current flowing in the motor coil accompanying this change. FIG.
FIG. 4 shows another example of timing for switching on / off of each transistor constituting the output circuit of the stepping motor driver shown in FIG. 2, and the current limit value and the change in current flowing in the motor coil accompanying this. FIG.
FIG. 5 shows still another example of timing for switching ON / OFF of each transistor constituting the output circuit of the stepping motor driver shown in FIG. 2, and a current limit value and a change in current flowing in the motor coil accompanying this. It is a figure which shows a mode.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional general stepping motor driver.
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a current flowing in a motor coil when switching an output circuit of a conventional general stepping motor driver.
[Explanation of symbols]
1 Interface driver
2 Controller
3 Read / write section
4 Stepping motor driver
5 Spindle motor driver
6 Read / write head
7 Erase head
8 Stepping motor
9 Spindle motor
10 Index sensor
11 Track sensor
41A, 41B output circuit
42A, 42B Current limit circuit
43 Controller
44A, 44B resistance
45A, 45B Stepping motor coil
46A, 46B, 46C, 46D terminals
46E, 46F, 46G, 46H terminals
47 Power line
100 Host device
401, 403, 405, 407 pMOS
402, 404, 406, 408 nMOS
409, 417, 425, 433 constant current source
410, 418, 426, 434 resistance
411, 419, 427, 435 resistance
412, 420, 428, 436 pMOS
413, 421, 429, 437 operational amplifier
414, 422, 430, 438 capacitors
415, 423, 431, 439 resistance
416, 424, 432, 440 pMOS
Claims (9)
前記負帰還する電流の目標値が可変であるとともに、モータのコイルに電流を供給し始める時点での前記目標値がモータのコイルに電流を供給し始めた後の前記目標値よりも小さくなるように設定する電流制限回路と、
前記電流制限回路からの信号に応じて前記コイルへ電流を供給する出力回路と、
前記電流制限回路および前記出力回路を制御する制御回路と、
を有し、
前記電流制限回路は、第1定電流源及び第2定電流源と、第1抵抗〜第6抵抗と、第1pMOS〜第4pMOSと、第1演算増幅器及び第2演算増幅器と、第1コンデンサ及び第2コンデンサとを含み、
前記第1定電流源の電流流入側は、前記第1抵抗を介して電源ラインに接続されているとともに、前記第2抵抗を介して前記第1pMOSのドレインに接続されており、前記第1定電流源の電流流出側は接地されており、前記第1pMOSは、ソースが前記電源ラインに接続されており、ゲートには前記制御回路から出力される電圧が印加されており、前記第1演算増幅器は、非反転入力端子が前記第1定電流源、前記第1抵抗、及び、前記第2抵抗の共通の接続点に接続されているとともに、前記第1コンデンサを介して接地されており、一方、反転入力端子がコイル電流検出端子に接続されており、前記第1演算増幅器の出力端子は、前記第3抵抗を介して前記出力回路の第1制御端に接続されており、前記第2pMOSは、ソースが前記電源ラインに接続されており、ドレインが前記出力回路の第1制御端に接続されており、ゲートには前記制御回路から出力される電圧が印加されており、前記第2定電流源の電流流入側は、前記第4抵抗を介して前記電源ラインに接続されているとともに、前記第5抵抗を介して前記第3pMOSのドレインに接続されており、前記第2定電流源の電流流出側は接地されており、前記第3pMOSは、ソースが前記電源ラインに接続されており、ゲートには前記制御回路から出力される電圧が印加されており、前記第2演算増幅器は、非反転入力端子が前記第2定電流源、前記第4抵抗、及び、前記第5抵抗の共通の接続点に接続されているとともに、前記第2コンデンサを介して接地されており、一方、反転入力端子が前記コイル電流検出端子に接続されており、前記第2演算増幅器の出力端子は、前記第6抵抗を介して前記出力回路の第2制御端に接続されており、前記第4pMOSは、ソースが前記電源ラインに接続されており、ドレインが前記出力回路の第2制御端に接続されており、ゲートには前記制御回路から出力される電圧が印加されていることを特徴とするモータドライバ。In a motor driver having a function of controlling the driving of the motor by negatively feeding back the current flowing in the motor coil,
The target value of the negative feedback current is variable, and the target value at the time when the current starts to be supplied to the motor coil is smaller than the target value after the current starts to be supplied to the motor coil. A current limiting circuit to set to
An output circuit for supplying current to the coil in response to a signal from the current limiting circuit;
A control circuit for controlling the current limiting circuit and the output circuit;
Have
The current limiting circuit includes a first constant current source and a second constant current source, a first resistor to a sixth resistor, a first pMOS to a fourth pMOS, a first operational amplifier and a second operational amplifier, a first capacitor, A second capacitor,
The current inflow side of the first constant current source is connected to the power supply line via the first resistor, and is connected to the drain of the first pMOS via the second resistor. The current outflow side of the current source is grounded, the source of the first pMOS is connected to the power supply line, the voltage output from the control circuit is applied to the gate, and the first operational amplifier The non-inverting input terminal is connected to a common connection point of the first constant current source, the first resistor, and the second resistor, and is grounded through the first capacitor, The inverting input terminal is connected to the coil current detection terminal, the output terminal of the first operational amplifier is connected to the first control terminal of the output circuit via the third resistor, and the second pMOS is The source is before Connected to the power supply line, the drain is connected to the first control terminal of the output circuit, the voltage output from the control circuit is applied to the gate, and the current inflow of the second constant current source The side is connected to the power supply line via the fourth resistor, and is connected to the drain of the third pMOS via the fifth resistor, and the current outflow side of the second constant current source is grounded The third pMOS has a source connected to the power supply line, a gate applied with a voltage output from the control circuit, and the second operational amplifier has a non-inverting input terminal connected to the non-inverting input terminal. The second constant current source, the fourth resistor, and the fifth resistor are connected to a common connection point and grounded via the second capacitor, while an inverting input terminal is connected to the coil current. Inspection And the output terminal of the second operational amplifier is connected to the second control terminal of the output circuit via the sixth resistor, and the source of the fourth pMOS is connected to the power supply line. The motor driver is characterized in that a drain is connected to a second control terminal of the output circuit, and a voltage output from the control circuit is applied to the gate .
前記第5pMOS及び前記第6pMOSのソースは前記コイル電流検出端子に共通に接続されており、前記第1nMOS及び前記第2nMOSのソースはグランドに共通に接続されており、前記第5pMOS及び前記第1nMOSのドレインは、前記コイルの一端に共通に接続されており、前記第6pMOS及び前記第2nMOSのドレインは、前記コイルの他端に共通に接続されており、前記第5pMOSのゲートは、前記第2pMOSのドレインに接続されており、前記第6pMOSのゲートは、前記第4pMOSのドレインに接続されており、 The sources of the fifth pMOS and the sixth pMOS are commonly connected to the coil current detection terminal, the sources of the first nMOS and the second nMOS are commonly connected to the ground, and the sources of the fifth pMOS and the first nMOS are The drain is commonly connected to one end of the coil, the drains of the sixth pMOS and the second nMOS are commonly connected to the other end of the coil, and the gate of the fifth pMOS is connected to the second pMOS. A drain of the sixth pMOS is connected to a drain of the fourth pMOS;
前記制御回路は、前記第1pMOSがONである状態で、前記第2pMOSがOFF、前記第1nMOSがOFF、前記第4pMOSがON、前記第2nMOSがONになるとともに、その後、所定時間が経過すると、前記第1pMOSがONからOFFに切り替わるように制御することを特徴とする請求項1に記載のモータドライバ。 The control circuit has the first pMOS turned on, the second pMOS is turned off, the first nMOS is turned off, the fourth pMOS is turned on, and the second nMOS is turned on. The motor driver according to claim 1, wherein the first pMOS is controlled to be switched from ON to OFF.
前記第5pMOS及び前記第6pMOSのソースは前記コイル電流検出端子に共通に接続されており、前記第1nMOS及び前記第2nMOSのソースはグランドに共通に接続されており、前記第5pMOS及び前記第1nMOSのドレインは、前記コイルの一端に共通に接続されており、前記第6pMOS及び前記第2nMOSのドレインは、前記コイルの他端に共通に接続されており、前記第5pMOSのゲートは、前記第2pMOSのドレインに接続されており、前記第6pMOSのゲートは、前記第4pMOSのドレインに接続されており、 The sources of the fifth pMOS and the sixth pMOS are commonly connected to the coil current detection terminal, the sources of the first nMOS and the second nMOS are commonly connected to the ground, and the sources of the fifth pMOS and the first nMOS are The drain is commonly connected to one end of the coil, the drains of the sixth pMOS and the second nMOS are commonly connected to the other end of the coil, and the gate of the fifth pMOS is connected to the second pMOS. A drain of the sixth pMOS is connected to a drain of the fourth pMOS;
前記制御回路は、前記第2pMOSがOFF、前記第1nMOSがOFF、前記第4pMOSがON、前記第2nMOSがONになるのと同時に、前記第1pMOSがONからOFFに切り替わるように制御することを特徴とする請求項1に記載のモータドライバ。 The control circuit controls the first pMOS to be switched from ON to OFF at the same time as the second pMOS is OFF, the first nMOS is OFF, the fourth pMOS is ON, and the second nMOS is ON. The motor driver according to claim 1.
前記第5pMOS及び前記第6pMOSのソースは前記コイル電流検出端子に共通に接続されており、前記第1nMOS及び前記第2nMOSのソースはグランドに共通に接続されており、前記第5pMOS及び前記第1nMOSのドレインは、前記コイルの一端に共通に接続されており、前記第6pMOS及び前記第2nMOSのドレインは、前記コイルの他端に共通に接続されており、前記第5pMOSのゲートは、前記第2pMOSのドレインに接続されており、前記第6pMOSのゲートは、前記第4pMOSのドレインに接続されており、 The sources of the fifth pMOS and the sixth pMOS are commonly connected to the coil current detection terminal, the sources of the first nMOS and the second nMOS are commonly connected to the ground, and the sources of the fifth pMOS and the first nMOS are The drain is commonly connected to one end of the coil, the drains of the sixth pMOS and the second nMOS are commonly connected to the other end of the coil, and the gate of the fifth pMOS is connected to the second pMOS. A drain of the sixth pMOS is connected to a drain of the fourth pMOS;
前記制御回路は、前記第3pMOSがONである状態で、前記第4pMOSがOFF、前記第2nMOSがOFF、前記第2pMOSがON、前記第1nMOSがONになるとともに、その後、所定時間が経過すると、前記第3pMOSがONからOFFに切り替わるように制御することを特徴とする請求項1に記載のモータドライバ。 When the third pMOS is ON, the control circuit is OFF, the fourth pMOS is OFF, the second nMOS is OFF, the second pMOS is ON, and the first nMOS is ON. The motor driver according to claim 1, wherein the third pMOS is controlled to be switched from ON to OFF.
前記第5pMOS及び前記第6pMOSのソースは前記コイル電流検出端子に共通に接続されており、前記第1nMOS及び前記第2nMOSのソースはグランドに共通に接続されており、前記第5pMOS及び前記第1nMOSのドレインは、前記コイルの一端に共通に接続されており、前記第6pMOS及び前記第2nMOSのドレインは、前記コイルの他端に共通に接続されており、前記第5pMOSのゲートは、前記第2pMOSのドレインに接続されており、前記第6pMOSのゲートは、前記第4pMOSのドレインに接続されており、 The sources of the fifth pMOS and the sixth pMOS are commonly connected to the coil current detection terminal, the sources of the first nMOS and the second nMOS are commonly connected to the ground, and the sources of the fifth pMOS and the first nMOS are The drain is commonly connected to one end of the coil, the drains of the sixth pMOS and the second nMOS are commonly connected to the other end of the coil, and the gate of the fifth pMOS is connected to the second pMOS. A drain of the sixth pMOS is connected to a drain of the fourth pMOS;
前記制御回路は、前記第4pMOSがOFF、前記第2nMOSがOFF、前記第2pMOSがON、前記第1nMOSがONになるのと同時に、前記第3pMOSがONからOFFに切り替わるように制御することを特徴とする請求項1に記載のモータドライバ。 The control circuit controls the third pMOS to be switched from ON to OFF at the same time as the fourth pMOS is turned off, the second nMOS is turned off, the second pMOS is turned on, and the first nMOS is turned on. The motor driver according to claim 1.
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