JP4896568B2 - モータ駆動回路、方法およびそれらを用いたディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子の回転を制御する技術に関し、特に、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの回転を制御するモータ駆動回路に関する。

ポータブルＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）装置や、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）など、ディスク型メディアを使用した電子機器において、そのディスクを回転させるためにブラシレス直流モータが用いられる。ブラシレス直流（ＤＣ）モータは、一般に、永久磁石を備えたロータと、スター結線された複数の相のコイルを備えたステータとを備えており、コイルに供給する電流を制御することによりコイルを励磁し、ロータをステータに対して相対回転させて駆動する。ブラシレスＤＣモータは、ロータの回転位置を検出するために、一般に、ホール素子や光学エンコーダなどのセンサを備えており、センサにより検出された位置に応じて、各相のコイルに供給する電流を切り換えて、ロータに適切なトルクを与える。

モータをより小型化するために、ホール素子などのセンサを利用せずにロータの回転位置を検出するセンサレスモータも提案されている（たとえば、特許文献１、２参照）。センサレスモータは、たとえばモータの中点配線の電位（以下、中点電圧という）を計測することにより、コイルに発生する逆起電圧（誘導電圧）をモニタし、中点電圧と等しくなるゼロクロス点を検出することにより位置情報を得る。

こうしたセンサレスモータの駆動において、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＰＷＭともいう）方式によって、相コイルに流れる電流を、正弦波状やアーチ状となるように緩やかに制御する技術が知られている（たとえば特許文献３、４参照等）。

特開平３−２０７２５０号公報 特開平１０−２４３６８５号公報 特開平１１−７５３８８号公報 特開平１１−３４１８７０号公報 特開２００１−１９００８５号公報

ＰＷＭ方式によって相コイルに流れる電流を制御するためには、モータの回転状態、すなわち、ロータとステータの位置関係と同期して、正弦波状の駆動電流を制御する必要がある。もし、駆動電流の制御が、モータの回転状態と同期しない場合、騒音が発生したり、モータの回転が停止するという問題が発生する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータの回転状態に応じて、適切に正弦波駆動することが可能なモータ駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、多相モータのコイルごとに設けられ、接続されたコイルの一端に、ハイレベルまたはローレベルの電圧を印加する複数のスイッチング回路と、多相モータの少なくとも１つのコイルに発生する逆起電圧を、コイルの中点電圧と比較してゼロクロス点を検出し、所定レベルの逆起検出信号を出力する逆起検出回路と、逆起検出信号を受け、当該逆起検出信号と同期し、かつ周波数が逆起検出信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、パルス信号生成回路からのパルス信号を受け、当該パルス信号に応じて正弦波状の制御信号を出力する正弦波信号生成回路と、正弦波信号生成回路からの制御信号を、多相モータの目標トルクを指示するトルク信号と合成し、パルス変調したパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成回路と、逆起検出回路からの逆起検出信号と、パルス変調信号生成回路からのパルス変調信号と、を受け、逆起検出信号にもとづいて、複数のスイッチング回路のオンオフ状態のシーケンスを制御するとともに、パルス変調信号にもとづいて、複数のスイッチング回路に含まれるハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方をスイッチング制御するスイッチング制御回路と、を備える。

この態様によると、逆起検出信号と同期したパルス信号を生成し、このパルス信号に応じて、正弦波状の制御信号を生成してパルス変調を実行するため、回転状態に応じた適切な正弦波駆動が実現できる。「パルス変調」とは、パルス幅変調、パルス周波数変調、パルス位置変調など、パルスのハイレベルとローレベルの期間の比率、すなわちデューティ比が変化する信号を利用した変調をいう。また、本明細書において、「正弦波状」とは、正弦波の他、台形状の波形等の、コイル電流を緩やかに変化させることが可能な波形も含む概念である。

正弦波信号生成回路は、正弦波状の制御信号を保持する記憶部を含み、正弦波状の制御信号をパルス信号に応じて順次読み出して出力してもよい。この場合、正弦波状の制御信号の周波数を、パルス信号の周波数に正確に比例させることができる。

パルス変調信号生成回路は、制御信号と、トルク信号と、を乗算により合成した合成信号を出力する合成部と、合成部からの合成信号を所定の周期信号と比較し、大小関係に応じてデューティ比が変化するパルス変調信号を生成するパルス変調器と、を含んでもよい。

パルス信号生成回路は、逆起検出信号の周波数を測定する周波数カウンタと、周波数カウンタにより測定された周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数のパルス信号を生成するクロック信号生成回路と、を含んでもよい。

クロック信号生成回路は、周波数カウンタにより測定された過去Ｋ回分（Ｋは１以上の整数）の周波数値を演算し、演算の結果に応じて、生成すべきパルス信号の周波数を設定してもよい。

クロック信号生成回路は、整数Ｋの調節手段を備えてもよい。この場合、Ｋを小さくするほど、帰還ループの利得が上がるため、モータの回転数の変動に対する追従性を高く設定することができ、Ｋを大きくするほど、帰還ループの利得が下がるため、ループの安定度を高めることができる。したがって、モータの種類や、回転数、駆動方式に応じて、Ｋの値を設定することにより、最適なモータ駆動を実現することができる。

パルス信号生成回路は、過去Ｌ回（Ｌは、Ｌ≧Ｋを満たす整数）分の周波数値を保持する記憶部と、記憶部に保持された周波数値にもとづき、所定の演算を実行する演算部と、をさらに含んでもよい。クロック信号生成回路は、演算部の演算結果に応じた周波数のパルス信号を生成してもよい。記憶部は、Ｌ段のシフトレジスタであってもよい。

演算部は、記憶部に保持されたＬ回分の周波数値のうち、最新のＫ回の周波数値を演算して、パルス信号の周波数を決定してもよい。

ある態様のモータ駆動回路は、逆起検出回路からの逆起検出信号と、パルス信号生成回路からのパルス信号と、を受け、ある逆起検出信号を検出した後、パルス信号をｍ個（ｍは、ｍ＜ｎを満たす整数）検出すると、所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、所定レベルと異なるレベルとなるウィンドウ信号を出力するウィンドウ信号生成回路を、さらに備えてもよい。スイッチング制御回路は、ウィンドウ信号生成回路からのウィンドウ信号を受け、当該ウィンドウ信号が所定レベルである期間、逆起検出回路により逆起電圧がモニタされるコイルに接続されるスイッチング回路のスイッチングを停止し、ハイインピーダンス状態に設定してもよい。

この場合、ゼロクロス点の検出のために、逆起電圧の検出対象となるコイルに接続されるスイッチング回路をハイインピーダンスとする非駆動期間を、正弦波駆動のために生成されるパルス信号を用いて設定するため、正弦波駆動と、非駆動期間の設定を同期させることができる。

ウィンドウ信号生成回路は、整数ｍの調節手段を備えてもよい。この場合、整数ｍを、本モータ駆動回路に接続されるモータの種類などに応じて変更することができるため、安定したモータ駆動が実現される。

ウィンドウ信号生成回路は、逆起検出回路からの逆起検出信号と、パルス信号生成回路からのパルス信号と、を受け、ある逆起検出信号を検出した後、パルス信号をｍ個カウントすると、所定レベルとなるオープンエッジ信号を出力するカウンタと、カウンタから所定レベルのオープンエッジ信号が出力されると所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、所定レベルと異なるレベルとなるウィンドウ信号を出力するウィンドウ信号出力部と、を含んでもよい。

モータ駆動回路は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。モータ駆動回路を、１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。

本発明の別の態様は、ディスク装置である。この装置は、ディスクを回転させるスピンドルモータと、スピンドルモータを駆動する上述のモータ駆動回路と、を備える。
この態様のディスク装置によれば、コイルに流れる電流を、スピンドルモータの回転と同期して制御することができる。

本発明のさらに別の態様は、多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動方法に関する。このモータ駆動方法は、多相モータの少なくとも１つのコイルに発生する逆起電圧を、コイルの中点電圧と比較してゼロクロス点を検出し、所定レベルの逆起検出信号を生成するステップと、逆起検出信号と同期し、かつ周波数が逆起検出信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるパルス信号を生成するステップと、パルス信号に応じて正弦波状の制御信号を生成するステップと、制御信号を、多相モータの目標トルクを指示するトルク信号と合成し、パルス変調したパルス変調信号を生成するステップと、逆起検出信号にもとづいて、駆動対象となるコイルのシーケンスを制御するとともに、パルス変調信号にもとづいて、駆動対象となるコイルにハイレベルまたはローレベルのスイッチング信号を印加するステップと、を備える。

この態様の駆動方法によれば、回転状態に応じた適切な正弦波駆動が実現できる。

ある態様のモータ駆動方法は、ある逆起検出信号を検出した後、パルス信号をｍ個（ｍは、ｍ＜ｎを満たす整数）検出すると、所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、所定レベルと異なるレベルとなるウィンドウ信号を生成するステップと、ウィンドウ信号が所定レベルである期間、ゼロクロス点の検出のために逆起電圧がモニタされるコイルに接続されるスイッチング回路をハイインピーダンス状態に設定するステップと、をさらに備えてもよい。

この駆動方法によれば、ゼロクロス点の検出のために、逆起電圧の検出対象となるコイルに接続されるスイッチング回路をハイインピーダンスとする非駆動期間を、正弦波駆動のために生成されるパルス信号を用いて設定するため、正弦波駆動と、非駆動期間の設定を同期させることができる。

本発明によれば、モータの回転状態に応じて、適切に正弦波駆動することができる。

図１は、実施の形態に係るモータ駆動回路１００の構成を示すブロック図である。モータ駆動回路１００は、センサレスブラシレスＤＣモータ（以下、単に「モータ１１０」という）に駆動電流を供給して回転を制御する。本実施の形態において、駆動対象となるモータ１１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを含む３相ＤＣモータである。

モータ駆動回路１００は、スイッチング回路１０と総称されるスイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗ、と、逆起検出回路２０と、スイッチング制御回路３０と、ウィンドウ信号生成回路４０と、パルス信号生成回路４２と、正弦波信号生成回路７０と、ＰＷＭ信号生成回路８０と、を備える。モータ駆動回路１００は、１つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化される。たとえば、モータ駆動回路１００は、１８０度通電方式により、各相のコイルに流れる電流が、アーチ状あるいは正弦波状となるように、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動する。

スイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗは、モータ１１０のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗごとに設けられる。スイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗは、たとえば電源電圧と接地電位間に直列に接続されたハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含んで構成され、２つのスイッチの接続点が、コイルに接続される。ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの制御端子には、駆動信号ＤＲＶ＿Ｈ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）および駆動信号ＤＲＶ＿Ｌ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）がそれぞれ入力される。スイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗは、接続されたコイルの一端に、ハイサイドスイッチがオンの状態でハイレベルの電圧を印加し、ローサイドスイッチがオンの状態でローレベルの電圧を印加する。また、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチが同時にオフすることで、ハイインピーダンス状態に設定される。

逆起検出回路２０は、モータ１１０の少なくとも１つのコイルに発生する逆起電圧を、コイルの中点電圧と比較してゼロクロス点を検出し、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを出力する。逆起検出回路２０は、通常、コンパレータを含んで構成される。本実施の形態において、逆起検出回路２０は、Ｕ相のコイルＬｕに発生する逆起電圧Ｖｕ（以下、相電圧Ｖｕともいう）および中点電圧Ｖｃｏｍをモニタし、Ｖｕ＞Ｖｃｏｍのときハイレベルとなる逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを生成する。生成された逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥは、スイッチング制御回路３０、ウィンドウ信号生成回路４０、パルス信号生成回路４２へと出力される。

パルス信号生成回路４２は、逆起検出回路２０から出力される逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを受け、当該逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと同期し、かつ周波数がｎ倍（ｎは２以上の整数）のパルス信号ＰＵＬＳＥを生成する。パルス信号ＰＵＬＳＥは、正弦波信号生成回路７０およびウィンドウ信号生成回路４０へと出力される。

正弦波信号生成回路７０は、パルス信号生成回路４２からのパルス信号ＰＵＬＳＥを受け、当該パルス信号ＰＵＬＳＥに応じて正弦波状の制御信号ＣＮＴを出力する。ＰＷＭ信号生成回路８０は、正弦波信号生成回路７０からの制御信号ＣＮＴを、モータ１１０の目標トルクを指示するトルク信号Ｓｔｒｑと合成し、パルス幅変調したパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍという）を生成する。

スイッチング制御回路３０は、逆起検出回路２０から出力される逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと、ＰＷＭ信号生成回路８０から出力されるＰＷＭ信号Ｓｐｗｍと、を受ける。スイッチング制御回路３０は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥにもとづいて、複数のスイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗのオンオフ状態のシーケンスを制御し、モータ１１０のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れる電流を調節する。また、スイッチング制御回路３０は、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍにもとづいて、複数のスイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗに含まれるハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方をスイッチング制御する。スイッチング制御回路３０は、駆動タイミング生成回路３２および駆動信号合成回路３４を含む。

駆動タイミング生成回路３２には、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが入力される。駆動タイミング生成回路３２は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１の１／６の周期を有する駆動信号ＤＲＶを生成する。

駆動信号合成回路３４は、駆動信号ＤＲＶと、ＰＷＭ信号生成回路８０から出力されるＰＷＭ信号Ｓｐｗｍとを合成して、スイッチング回路１０ｕ，１０ｖ，１０ｗへと出力する。

ウィンドウ信号生成回路４０は、逆起検出回路２０によるゼロクロス点の検出に先立ち、ハイレベルとなるウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを出力する。ウィンドウ信号生成回路４０には、逆起検出回路２０からの逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと、パルス信号生成回路４２からのパルス信号ＰＵＬＳＥと、が入力される。ウィンドウ信号生成回路４０は、ある逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを検出した後、パルス信号ＰＵＬＳＥをｍ個（ｍは、ｍ＜ｎを満たす整数）検出すると、ハイレベルとなり、その後、次の逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを検出すると、ローレベルとなるウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを出力する。

整数ｍは、調節可能であることが望ましい。たとえば、モータ駆動回路１００は、整数ｍを保持するためのレジスタを備えてもよく、外部から整数ｍを設定できるように構成する。

スイッチング制御回路３０は、ウィンドウ信号生成回路４０からのウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを受ける。スイッチング制御回路３０は、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷがハイレベルである期間、逆起検出回路２０により逆起電圧がモニタされるコイルＬｕに接続されるスイッチング回路１０ｕのスイッチングを停止し、ハイインピーダンス状態に設定する。すなわち、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷがハイレベルとなる期間は、ゼロクロス点の検出のために、故意に駆動しない相が設定される。本実施の形態では、非駆動期間Ｔｐ３において、Ｕ相が駆動しない相に設定される。

図２は、正弦波信号生成回路７０およびＰＷＭ信号生成回路８０の構成を示す回路図である。正弦波信号生成回路７０は、正弦波パターンメモリ７２を含む。正弦波パターンメモリ７２には、正弦波状の制御信号ＣＮＴをデジタル値として保持されている。正弦波信号生成回路７０は、正弦波状の制御信号ＣＮＴをパルス信号ＰＵＬＳＥに応じて順次読み出して出力する。なお、正弦波信号生成回路７０は、制御信号ＣＮＴを、アナログ値として保持してもよい。

ＰＷＭ信号生成回路８０は、合成部８２と、パルス幅変調器８４を含む。合成部８２は、正弦波信号生成回路７０から出力される制御信号ＣＮＴと、外部からのトルク信号Ｓｔｒｑと、を乗算して合成する。乗算結果は、合成信号Ｓｃｍｂとして合成部８２からパルス幅変調器８４へと出力される。パルス幅変調器８４は、合成部８２からの合成信号Ｓｃｍｂを所定の周期信号Ｓｏｓｃと比較し、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを生成する。周期信号Ｓｏｓｃは、信号レベルが三角波あるいはのこぎり波状に変化する周期的な信号である。このように生成されるＰＷＭ信号Ｓｐｗｍのパルス幅は、合成信号Ｓｃｍｂと周期信号Ｓｏｓｃの大小関係に応じて変化する。

図３は、パルス信号生成回路４２の構成を示すブロック図である。パルス信号生成回路４２は、周波数カウンタ５０、クロック信号生成回路５６を備える。

周波数カウンタ５０は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周波数、すなわち周期Ｔｐ１を測定する。たとえば、周波数カウンタ５０には、所定の周波数のクロック信号（図示せず）が入力される。周波数カウンタ５０は、ある逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが入力されてから、次の逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが入力されるまでの期間に入力されたクロック信号をカウントし、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１を測定する。周波数カウンタ５０は、測定したカウント値ＣＯＵＮＴを、周波数値として、順次、出力する。

クロック信号生成回路５６は、周波数カウンタ５０により測定された周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数のパルス信号ＰＵＬＳＥを生成する。すなわち、パルス信号ＰＵＬＳＥの周期Ｔｐ２は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１の、１／ｎに設定される。

クロック信号生成回路５６は、周波数カウンタ５０により測定された過去Ｋ回分（Ｋは１以上の整数）の周波数値ＣＯＵＮＴを演算し、演算の結果に応じて、生成すべきパルス信号の周波数を設定する。演算対象とする周波数値の個数に対応する整数Ｋは、調節可能であることが好ましい。

この機能を実現するために、パルス信号生成回路４２は、クロック信号生成回路５６の前段に、記憶部５２、演算部５４を備える。記憶部５２は、過去Ｌ回（Ｌは、Ｌ≧Ｋを満たす整数）分の周波数値ＣＯＵＮＴを保持する。記憶部５２は、たとえば、Ｌ段のシフトレジスタであってもよい。演算部５４は、記憶部５２に保持された周波数値にもとづき、所定の演算を実行する。演算処理は、単純平均であってもよいし、重みづけ平均であってもよい。

クロック信号生成回路５６は、演算部５４の演算結果に応じた周波数のパルス信号ＰＵＬＳＥを生成する。たとえば、演算部５４は、記憶部５２に保持されたＬ回分の周波数値のうち、最新のＫ回の周波数値を演算して、パルス信号ＰＵＬＳＥの周波数を決定する。演算処理は、Ｋ個のカウント値を単純平均してもよいし、重みづけ平均してもよい。整数Ｋは、上述のように、可変であって、外部から設定可能に構成されるのが望ましい。Ｋ＝１の場合は、直前の逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１に応じて、パルス信号ＰＵＬＳＥの周期Ｔｐ２が設定される。

図４は、ウィンドウ信号生成回路４０の構成を示す回路図である。ウィンドウ信号生成回路４０は、カウンタ６０、ウィンドウ信号出力部６２を含み、逆起検出回路２０から出力される逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと、パルス信号生成回路４２から出力されるパルス信号ＰＵＬＳＥと、が入力される。

カウンタ６０は、ある逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを検出した後、パルス信号ＰＵＬＳＥをｍ個カウントすると、ハイレベルとなるオープンエッジ信号ＯＰＥＮ＿ＥＤＧＥを出力する。ウィンドウ信号出力部６２は、カウンタ６０からハイレベルのオープンエッジ信号ＯＰＥＮ＿ＥＤＧＥが出力されるとハイレベルとなり、その後、次の逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを検出すると、ローレベルとなるウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを出力する。

以上のように構成されたモータ駆動回路１００の動作を説明する。図５（ａ）〜（ｌ）は、実施の形態に係るモータ駆動回路１００の動作を示すタイムチャートである。同図（ａ）〜（ｌ）の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。同図（ａ）〜（ｃ）は、スイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの駆動状態を示す波形である。同図（ｄ）は、逆起検出回路２０により検出される逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを、同図（ｅ）は、駆動タイミング生成回路３２により生成される駆動信号ＤＲＶを、同図（ｆ）は、ウィンドウ信号生成回路４０により生成されるウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを、示す。さらに、同図（ｇ）〜（ｌ）は、スイッチング回路１０ｕ〜１０ｗの、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの駆動信号ＤＲＶ＿Ｈ、ＤＲＶ＿Ｌを示す。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施の形態では、正弦波状の制御信号ＣＮＴを利用して、駆動電流が互いに１２０度シフトした正弦波となるように駆動される。もっとも本発明はこれに限定されるものではなく、制御信号ＣＮＴを利用して、駆動電流がアーチ状の波形となるように駆動してもよい。本実施の形態において、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥは、同図（ｄ）に示すように逆起電圧Ｖｕが中点電圧Ｖｃｏｍと交差するゼロクロス点ごとに生成される。

駆動タイミング生成回路３２は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１を１／６倍した同図（ｅ）に示す駆動信号ＤＲＶを生成する。また、パルス信号生成回路４２は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと同期して、周波数を逓倍したパルス信号ＰＵＬＳＥを生成する。正弦波信号生成回路７０は、パルス信号ＰＵＬＳＥに応じて、正弦波状の制御信号ＣＮＴを生成する。したがって、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、各コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに流れる電流は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと同期して制御されることになる。

なお、駆動信号ＤＲＶには、図示のごとく、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥに対してある遅延Ｔｄが与えられてもよい。この遅延Ｔｄを調節することにより、モータ駆動が最適化される。この場合、逆起検出回路２０の後段に、遅延回路を設ければよい。

駆動信号合成回路３４は、駆動タイミング生成回路３２により生成された駆動信号ＤＲＶにもとづき、スイッチング回路１０ｕ〜１０ｗのオンオフを制御するための駆動信号ＤＲＶ＿Ｈ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）、ＤＲＶ＿Ｌ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成する。この駆動シーケンスは、通電角などに応じて適宜設定される。

図５（ｇ）に示す駆動信号ＤＲＶ＿ＨＵは、ハイレベルがスイッチング回路１０ｕのハイサイドスイッチのオン状態に、ローレベルがオフ状態に対応する。同図（ｇ）〜（ｌ）に示す駆動信号ＤＲＶ＿Ｈ（Ｖ、Ｗ）、ＤＲＶ＿Ｌ（Ｕ、Ｖ、Ｗ）についても同様である。さらに、ハイサイドスイッチ、あるいはローサイドスイッチの少なくとも一方のオン状態は、同図（ａ）〜（ｃ）に示す駆動波形が得られるように、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍにもとづいて制御される。

同図（ｆ）に示すウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷは、ゼロクロス点が発生する時刻に先立ち、ウィンドウ信号生成回路４０によりハイレベルとされる。駆動信号合成回路３４は、ウィンドウ信号生成回路４０がハイレベルの期間、スイッチング回路１０ｕに出力する駆動信号ＤＲＶ＿ＨＵ、ＤＲＶ＿ＬＵをローレベルとし、ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチをオフして、ハイインピーダンス状態とする。同図（ｇ）、（ｊ）に、ゼロクロス点の検出のために、ハイインピーダンス状態に設定される期間を斜線で示す。ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷがハイレベルとなり、コイルＬｕの一端がハイインピーダンス状態に設定されると、ゼロクロス点の検出が可能となり、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが生成される。逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなると、ウィンドウ信号生成回路４０は、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷをローレベルとする。同図（ａ）に示すように、スイッチング回路１０がハイインピーダンスに設定されると、コイル電流は不連続となる。

図６（ａ）〜（ｅ）は、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷおよび正弦波状の制御信号ＣＮＴが生成される様子を示すタイムチャートである。同図（ａ）は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを、同図（ｂ）は、パルス信号生成回路４２により生成されるパルス信号ＰＵＬＳＥを、同図（ｃ）は、カウンタ６０により生成されるオープンエッジ信号ＯＰＥＮ＿ＥＤＧＥを、同図（ｄ）は、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを、同図（ｅ）は、正弦波信号生成回路７０により生成される制御信号ＣＮＴを示す。

逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなると、図３の周波数カウンタ５０は、カウントを開始し、次に逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなる時刻までにカウントしたカウント値ＣＯＵＮＴを、記憶部５２へと出力する。記憶部５２には、少なくとも過去１回分のカウント値ＣＯＵＮＴが保持される。周波数カウンタ５０のカウントに用いたクロックの周期をＴｃｋとすると、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１は、Ｔｃｋ×ＣＯＵＮＴとなる。演算部５４は、過去Ｋ回分のカウント値を用いて、パルス信号ＰＵＬＳＥの周期Ｔｐ２をＴｐ２＝Ｔｐ１／ｎとなるように決定する。その結果、図５（ｂ）に示すように、パルス信号生成回路４２から出力されるパルス信号ＰＵＬＳＥの周期Ｔｐ２は、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１の１／ｎとなる。

図４のカウンタ６０は、時刻ｔ０に、ある逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなると、パルス信号生成回路４２からのパルス信号ＰＵＬＳＥのカウントを開始する。時刻ｔ１に、カウンタ６０は、ｍ個のパルス信号ＰＵＬＳＥをカウントすると、図６（ｃ）に示すように、ハイレベルのオープンエッジ信号ＯＰＥＮ＿ＥＤＧＥを出力する。

ウィンドウ信号出力部６２は、時刻ｔ１にオープンエッジ信号ＯＰＥＮ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなってから、次に逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥがハイレベルとなる時刻ｔ２までの期間、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷをハイレベルとする。

また、図６（ｅ）に示すように、正弦波信号生成回路７０は、パルス信号ＰＵＬＳＥに応じて、正弦波状の制御信号ＣＮＴを出力する。こうして生成された制御信号ＣＮＴが、ＰＷＭ信号生成回路８０においてパルス幅変調され、スイッチング回路１０ｕ、１０ｖ、１０ｗを介してコイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗへと供給される。

このように、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと同期したパルス信号ＰＵＬＳＥを生成し、このパルス信号ＰＵＬＳＥにもとづいて、コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに供給する電力をＰＷＭ制御する。正弦波信号生成回路７０は、パルス信号ＰＵＬＳＥに応じて、正弦波状の制御信号ＣＮＴを生成するため、制御信号ＣＮＴの周波数を、モータの回転数に比例させることができる。その結果、モータ１１０のロータの位置に応じて、正弦波状の電力をコイルに供給することができるため、安定した正弦波駆動が実現され、モータ１１０を安定して所望のトルクで回転させることができる。

このように、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００では、ゼロクロス点の検出に先立ち、逆起検出回路２０から出力される逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１に所定の係数（１−ｍ／ｎ）を乗じた期間、ハイレベルとなるウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを生成し、このウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷがハイレベルとなる期間を、ゼロクロス点検出用の非駆動期間Ｔｐ３に設定する。その結果、非駆動期間Ｔｐ３を、モータの回転数に応じて適応的に設定することができる。さらに、従来のように非駆動期間を固定した場合では、予め長い非駆動時間を設定する必要があったが、本実施の形態によれば、必要以上に長く設定する必要がなくなるため、モータの駆動電流を滑らかにすることができ、モータから発生する騒音を低減することができる。

本実施の形態において、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷは、制御信号ＣＮＴの生成に使用されるパルス信号ＰＵＬＳＥと共通の信号となっている。したがって、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷがハイレベルとなるタイミングと、正弦波状の制御信号ＣＮＴのレベルが０となるタイミングを揃えることができるため、ゼロクロス点をより正確に検出できることになる。

さらに、ウィンドウ信号生成回路４０は、ある逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが出力されてから、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥの周期Ｔｐ１に係数（１−ｍ／ｎ）を乗じた期間（Ｔｐ２×ｍ）の経過後に、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷをハイレベルとし、その後、逆起検出回路２０から、次の逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥが出力されたことを契機として、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷを、ローレベルとした。その結果、スイッチング回路１０ｕをハイインピーダンス状態とするタイミングを、ゼロクロス点の検出に先立ち、確実に設定することができる。

さらに、実施の形態では、ウィンドウ信号生成回路４０において、カウントするパルス信号ＰＵＬＳＥの個数ｍを調節可能とした。その結果、非駆動期間Ｔｐ３の長さを、駆動対象のモータの種類などに応じて変更することができ、安定したモータ駆動が実現される。

さらに、実施の形態では、パルス信号生成回路４２において、整数Ｋを調節可能とした。その結果、整数Ｋを小さく設定した場合には、帰還ループの利得が上がるため、モータの回転数の変動に対する追従性を高く設定することができ、逆に、Ｋを大きく設定した場合には、帰還ループの利得が下がるため、ループの安定度を高めることができる。したがって、モータの種類や、回転数、駆動方式に応じて、Ｋの値を設定することにより、最適なモータ駆動を実現することができる。

つぎに、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００のアプリケーションの例について説明する。図７は、図１のモータ駆動回路１００を搭載したディスク装置２００の構成を示すブロック図である。ディスク装置２００は、ＣＤやＤＶＤなどの光ディスクに対して記録、再生処理を行うユニットであり、ＣＤプレイヤやＤＶＤプレイヤ、パーソナルコンピュータなどの電子機器に搭載される。ディスク装置２００は、ピックアップ２１０、信号処理部２１２、ディスク２１４、モータ１１０、モータ駆動回路１００を含む。

ピックアップ２１０は、ディスク２１４にレーザを照射して所望のデータを書き込み、あるいは、反射した光を読み込むことによりディスク２１４に書き込まれたデータを読み出す。信号処理部２１２は、ピックアップ２１０により読み書きするデータに対して増幅処理、Ａ／Ｄ変換あるいはＤ／Ａ変換など必要な信号処理を行う。モータ１１０は、ディスク２１４を回転させるために設けられたスピンドルモータである。図７に示すようなディスク装置２００は、特に小型化が要求されるため、モータ１１０としてホール素子などを用いないセンサレスタイプが用いられる。本実施の形態に係るモータ駆動回路１００は、このようなセンサレスのスピンドルモータを安定に駆動するために好適に用いることができる。

以上、本発明を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。

実施の形態では、３相モータを駆動する場合について説明したが、本発明は３相以外のセンサレスモータの駆動にも好適に用いることができる。たとえば、５相モータであってもよい。また、実施の形態では、Ｕ相の逆起電圧Ｖｕを中点電圧Ｖｃｏｍと比較してゼロクロス点の検出を行い、さらに非駆動期間において、Ｕ相のスイッチング回路１０ｕをハイインピーダンスとする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに逆起検出回路２０を設け、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥを生成し、それぞれのゼロクロス点の検出に先立って、非駆動期間を設定してもよい。この場合でも、逆起検出信号ＢＥＭＦ＿ＥＤＧＥと同期し、さらに逓倍したパルス信号ＰＵＬＳＥを生成することにより、本発明の効果を得ることができる。

実施の形態で説明した信号のハイレベル、ローレベルのロジックの設定は一例であって、論理回路ブロックの構成には様々な変形例が考えられ、こうした変形例も本発明の範囲に含まれる。

実施の形態に係るモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。 正弦波信号生成回路およびＰＷＭ信号生成回路の構成を示す回路図である。 パルス信号生成回路の構成を示すブロック図である。 ウィンドウ信号生成回路の構成を示す回路図である。 図５（ａ）〜（ｌ）は、実施の形態に係るモータ駆動回路の動作を示すタイムチャートである。 図６（ａ）〜（ｅ）は、ウィンドウ信号ＷＩＮＤＯＷおよび正弦波状の制御信号ＣＮＴが生成される様子を示すタイムチャートである。 図１のモータ駆動回路を搭載したディスク装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ モータ駆動回路、 １０ スイッチング回路、 ２０ 逆起検出回路、 ３０ スイッチング制御回路、 ３２ 駆動タイミング生成回路、 ３４ 駆動信号合成回路、 ４０ ウィンドウ信号生成回路、 ４２ パルス信号生成回路、 ４４ タイミング設定部、 ５０ 周波数カウンタ、 ５２ 記憶部、 ５４ 演算部、 ５６ クロック信号生成回路、 ６０ カウンタ、 ６２ ウィンドウ信号出力部、 ７０ 正弦波信号生成回路、 ７２ 正弦波パターンメモリ、 ８０ ＰＷＭ信号生成回路、 ８２ 合成部、 ８４ パルス幅変調器、 １１０ モータ、 ２１０ ピックアップ、 ２１２ 信号処理部、 ２１４ ディスク。

Claims (14)

1. 多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動回路であって、
   前記多相モータのコイルごとに設けられ、接続されたコイルの一端に、ハイレベルまたはローレベルの電圧を印加する複数のスイッチング回路と、
   前記多相モータの少なくとも１つのコイルに発生する逆起電圧を、コイルの中点電圧と比較してゼロクロス点を検出し、所定レベルの逆起検出信号を出力する逆起検出回路と、
   前記逆起検出信号を受け、当該逆起検出信号と同期し、かつ周波数が前記逆起検出信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるパルス信号を生成するパルス信号生成回路と、
   前記パルス信号生成回路からの前記パルス信号を受け、当該パルス信号に応じて正弦波状の制御信号を出力する正弦波信号生成回路と、
   前記正弦波信号生成回路からの前記制御信号を、前記多相モータの目標トルクを指示するトルク信号と合成し、パルス変調したパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成回路と、
   前記逆起検出回路からの前記逆起検出信号と、前記パルス変調信号生成回路からの前記パルス変調信号と、を受け、前記逆起検出信号にもとづいて、前記複数のスイッチング回路のオンオフ状態のシーケンスを制御するとともに、前記パルス変調信号にもとづいて、前記複数のスイッチング回路に含まれるハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの少なくとも一方をスイッチング制御するスイッチング制御回路と、
   前記逆起検出回路からの前記逆起検出信号と、前記パルス信号生成回路からの前記パルス信号と、を受け、前記逆起検出信号を検出した後、前記パルス信号をｍ個（ｍは、ｍ＜ｎを満たす整数）検出すると、所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、前記所定レベルと異なるレベルとなるウィンドウ信号を出力するウィンドウ信号生成回路と、
   を備え、
   前記スイッチング制御回路は、前記ウィンドウ信号生成回路からの前記ウィンドウ信号を受け、当該ウィンドウ信号が前記所定レベルである期間、前記逆起検出回路により逆起電圧がモニタされるコイルに接続される前記スイッチング回路のスイッチングを停止し、ハイインピーダンス状態に設定することを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記正弦波信号生成回路は、前記正弦波状の制御信号を保持する記憶部を含み、前記正弦波状の制御信号を前記パルス信号に応じて順次読み出して出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記パルス変調信号生成回路は、
   前記制御信号と、前記トルク信号と、を乗算により合成した合成信号を出力する合成部と、
   前記合成部からの前記合成信号を所定の周期信号と比較し、大小関係に応じてデューティ比が変化する前記パルス変調信号を生成するパルス変調器と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記パルス信号生成回路は、
   前記逆起検出信号の周波数を測定する周波数カウンタと、
   前記周波数カウンタにより測定された周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数のパルス信号を生成するクロック信号生成回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動回路。
5. 前記クロック信号生成回路は、
   前記周波数カウンタにより測定された過去Ｋ回分（Ｋは１以上の整数）の周波数値を演算し、演算の結果に応じて、生成すべきパルス信号の周波数を設定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。
6. 前記クロック信号生成回路は、前記整数Ｋの調節手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動回路。
7. 前記パルス信号生成回路は、
   過去Ｌ回（Ｌは、Ｌ≧Ｋを満たす整数）分の周波数値を保持する記憶部と、
   前記記憶部に保持された周波数値を単純平均あるいは重みづけ平均することにより、前記パルス信号の周波数を演算する演算部と、
   をさらに含み、
   前記クロック信号生成回路は、前記演算部の演算結果に応じた周波数のパルス信号を生成することを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動回路。
8. 前記記憶部は、Ｌ段のシフトレジスタであることを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動回路。
9. 前記演算部は、前記記憶部に保持されたＬ回分の周波数値のうち、最新のＫ回の周波数値を演算して、前記パルス信号の周波数を決定することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動回路。
10. 前記ウィンドウ信号生成回路は、前記整数ｍの調節手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
11. 前記ウィンドウ信号生成回路は、
    前記逆起検出回路からの前記逆起検出信号と、前記パルス信号生成回路からの前記パルス信号と、を受け、前記逆起検出信号を検出すると前記パルス信号のカウントを開始し、前記パルス信号をｍ個カウントすると、所定レベルとなるオープンエッジ信号を出力するカウンタと、
    前記カウンタから前記所定レベルのオープンエッジ信号が出力されると前記所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、前記所定レベルと異なるレベルとなる前記ウィンドウ信号を出力するウィンドウ信号出力部と、
    を含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のモータ駆動回路。
12. １つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のモータ駆動回路。
13. ディスクを回転させるスピンドルモータと、
    前記スピンドルモータを駆動する請求項１から１２のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
    を備えることを特徴とするディスク装置。
14. 多相モータに駆動電流を供給して駆動するモータ駆動方法であって、
    前記多相モータの少なくとも１つのコイルに発生する逆起電圧を、コイルの中点電圧と比較してゼロクロス点を検出し、所定レベルの逆起検出信号を生成するステップと、
    前記逆起検出信号と同期し、かつ周波数が前記逆起検出信号のｎ倍（ｎは２以上の整数）となるパルス信号を生成するステップと、
    前記パルス信号に応じて正弦波状の制御信号を生成するステップと、
    前記制御信号を、前記多相モータの目標トルクを指示するトルク信号と合成し、パルス変調したパルス変調信号を生成するステップと、
    前記逆起検出信号にもとづいて、駆動対象となるコイルのシーケンスを制御するとともに、前記パルス変調信号にもとづいて、前記駆動対象となるコイルにハイレベルまたはローレベルのスイッチング信号を印加するステップと、
    前記逆起検出信号を検出した後、前記パルス信号をｍ個（ｍは、ｍ＜ｎを満たす整数）検出すると、所定レベルとなり、その後、次の逆起検出信号を検出すると、前記所定レベルと異なるレベルとなるウィンドウ信号を生成するステップと、
    前記ウィンドウ信号が前記所定レベルである期間、ゼロクロス点の検出のために逆起電圧がモニタされるコイルに接続されるスイッチング回路をハイインピーダンス状態に設定するステップと、
    を備えることを特徴とする方法。

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