JP5171079B2 - モータ駆動回路、駆動方法ならびにそれらを用いたディスク装置 - Google Patents
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Description
この態様によると、逆起検出信号の周波数とパルス変調信号の周波数が整数倍となり、かつ、逆起検出信号が示すゼロクロス点のタイミングが基準信号のタイミングと一致するようにフィードバックがかかり、パルス変調信号の周波数および位相が調節される。したがって、ゼロクロス点を検出するタイミングを、基準信号のタイミング付近に設定することにより、ゼロクロス点を少ない遅延で精度よく検出することができる。
「カウンタをセットする」とは、カウント値を初期値に設定することをいう。
この場合、カウント値はのこぎり波状の波形となるため、トルク信号の値でスライスすることによりパルス幅変調されたパルス変調信号を生成することができる。のこぎり波の頂点の個数は、パルス変調信号の周波数に対応するから、逆起検出信号の1周期に、整数個ののこぎり波が含まれるように変調カウンタをセットすることにより、パルス変調信号の周波数および位相を調節することができる。
この態様によれば、逆起検出信号の周波数(モータの回転数)の変動をモニタすることができ、その変動に応じて変調カウンタをセットするタイミングを調節することにより、パルス変調信号の周波数を逆起検出信号の周波数の整数倍に設定することができる。
この態様によると、モータ駆動回路によるゼロクロス点を精度よく検出できるため、スピンドルモータを安定に回転させることができる。
同様に、「部材Aと部材Bの間に部材Cが設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
図2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。
駆動タイミング生成部32は、逆起検出信号BEMF_EDGEを受け、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するための駆動信号DRVを生成する。たとえば、駆動信号DRVは、逆起検出信号BEMF_EDGEの周期Tp1の1/6の周期を有する信号である。駆動信号DRVは、180度通電、120度通電などの方式に応じて生成すればよい。
図4は、第1の実施の形態に係る図2の逆起検出回路20およびPWM信号生成部50の構成を示すブロック図である。図5(a)〜(h)は、図4の逆起検出回路20およびPWM信号生成部50により生成される各信号の波形を示すタイムチャートである。
マスク信号生成部66は、マスク信号MSKを生成する。上述したように、マスク信号MSKは、ゼロクロス点の検出期間Tdetを設定する信号であり、PWM信号Spwmのオン期間Ton中の検出期間Tdetの間、ローレベルとなる。マスク信号MSKを生成するためにマスク信号生成部66は、PWM信号Spwmがハイレベルに遷移したことを契機としてカウントを開始するカウンタ(不図示)を含んでもよい。この場合、カウント値が第1所定値になるとマスク信号MSKをローレベルとし、その後第2所定値となるとマスク信号MSKをハイレベルとすればよい。
位相誤差検出部82は、基準信号REFと逆起検出信号BEMF_EDGEを受ける。位相誤差検出部82は、2つの信号の位相誤差Δφを検出し、位相誤差Δφを示す位相誤差信号PEを出力する。位相誤差信号PEは、位相誤差Δφの時間をシステムクロックCKでカウントした値である。
周波数誤差検出部86は、今回のカウント値P[i]と、その前の(i−1)回目に逆起検出信号が所定レベルとなる時刻におけるフリーランカウンタ84のカウント値P[i−1]との差分を、
ΔP[i]=P[i]−P[i−1]
により毎回演算する。カウント値P[i]の差分ΔPは、逆起検出信号BEMF_EDGEの周期時間の変動、すなわち周波数の変動を示すデータとなる。
δF[i]=ΔP[i]−ΔP[i−1]
を演算する。δF[i]は、逆起検出信号BEMF_EDGEの周波数の誤差、言い換えれば周期時間の誤差を示すデータとなる。以下、δF[i]を周波数誤差データとよぶ。周波数誤差データδF[i]は、周波数(周期時間)の誤差を、システムクロックCKのパルス数で示したデータである。
このとき、各差分は、
ΔP[i−1]=4
ΔP[i]=4
ΔP[i+1]=2
ΔP[i+2]=4
となり、
δF[i]=0
δF[i+1]=−2
δF[i+2]=2
となる。
より具体的には、δF[i]=0のとき、カウンタセット部88は、前回と同じタイミングでセットする。δF[i+1]=−2の場合、前回のセットのタイミングよりも、システムクロックCKの2クロック分、セットのタイミングを早める。δF[i+1]=2の場合、前回のセットのタイミングよりも、2クロック分、セットのタイミングを遅める。
図6は、第2の実施の形態に係るPWM信号生成部50aの構成を示すブロック図である。図7(a)〜(g)は、図6の逆起検出回路20およびPWM信号生成部50aにより生成される各信号の波形を示すタイムチャートである。
パルス生成部60aは、図4のパルス生成部60に対応する。パルス生成部60aは、所定の周波数を有するのこぎり波状の周期信号を、多相モータの目標トルクTRQに応じた値でスライスする。具体的には、変調カウンタ62は、逆起検出信号BEMF_EDGEの周期より短い所定の周期で、初期値からのカウントアップまたはカウントダウン動作を繰り返す。つまり、変調カウンタ62のカウント値CNTは、のこぎり波状に遷移する周期信号となる。トルク制御部68は、変調カウンタ62によるカウント値と、目標トルクを示すトルク信号TRQの値の大小関係に応じて、ハイレベルとローレベルが遷移するPWM信号Spwmを生成する。
この機能を実現するために、パルス調節部80aは、逆起検出信号BEMF_EDGEが所定レベル(ハイレベル)となるタイミングに応じて、変調カウンタ62を初期値xにセットする。
第2カウンタ90は、逆起検出信号BEMF_EDGEが所定レベル(ハイレベル)となるタイミングごとに、初期値設定部92により設定された初期値にセットされ、カウント動作を開始する。第2カウンタ90は、カウントアップであってもカウントダウンであってもよいが、ここではカウントダウン動作として説明する。また、カウンタに代えて、キャパシタの充放電を利用したアナログ回路を利用してもよい。
カウンタセット部88aは、第2カウンタ90のカウント値CNT2が所定値zとなるごとに、変調カウンタ62をセットする。
帰還によりループが安定した状態では、セット時の初期値xが一定値に収束するため、逆起検出信号BEMF_EDGEがハイレベルとなるタイミング、すなわちゼロクロスのタイミングは、カウント値CNT2が0となるタイミングに収束する。
Claims (7)
- 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、
前記多相モータの目標トルク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信号生成部と、
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、ゼロクロス点のタイミングで所定レベルとなる逆起検出信号を出力する逆起検出回路と、
前記パルス変調信号生成部からの前記パルス変調信号と、前記逆起検出回路からの前記逆起検出信号と、を受け、前記逆起検出信号にもとづいて駆動する相を切り替えるシーケンス制御を行うとともに、前記パルス変調信号にもとづいて、駆動対象の前記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部と、
前記逆起検出信号が前記所定レベルになるタイミングと、所定の基準タイミングを比較し、2つのタイミングの位相誤差が最小となり、かつ、前記パルス変調信号の周波数が前記逆起検出信号の周波数の整数倍となるように、前記パルス変調信号の周波数および位相を調節するパルス調節部と、
を備え、
前記パルス調節部は、
前記逆起検出信号の毎回の周波数を検出し、その誤差に応じた周波数誤差データを生成する周波数誤差検出部と、
前記逆起検出信号が前記所定レベルとなるタイミングと、前記所定の基準タイミングの位相誤差を検出し、位相誤差に応じた位相誤差データを生成する位相誤差検出部と、
を含み、前記周波数誤差データと前記位相誤差データにもとづいて、前記パルス変調信号の周波数および位相を調節することを特徴とするモータ駆動回路。 - 前記パルス変調信号生成部は、前記逆起検出信号の周期より短い所定の周期でカウントアップまたはカウントダウン動作を繰り返す変調カウンタを含み、当該変調カウンタによるカウント値を目標トルクを示すトルク信号の値でスライスし、
前記パルス調節部は、前記周波数誤差データと前記位相誤差データにもとづくタイミングで、前記変調カウンタをセットするカウンタセット部を含むことを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動回路。 - 前記パルス調節部は、前記変調カウンタと同じ周期で動作するフリーランカウンタをさらに含み、
前記周波数誤差検出部は、i(iは任意の自然数)回目に前記逆起検出信号が所定レベルとなる時刻における前記フリーランカウンタのカウント値P[i]をモニタし、その前の(i−1)回目に前記逆起検出信号が所定レベルとなる時刻における前記フリーランカウンタのカウント値P[i−1]との差分ΔP[i]=P[i]−P[i−1]を毎回演算し、今回の差分ΔP[i]と、前回の差分ΔP[i−1]=P[i−1]−P[i−2]で示される周波数誤差δF[i]=ΔP[i]−ΔP[i−1]を、前記周波数誤差データとして出力することを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動回路。 - 前記パルス変調信号が、前記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のオン状態を示すレベルとなるオン期間中の検出期間の間、所定レベルとなって逆起検出回路によるゼロクロス点の検出を有効化するマスク信号を生成するマスク信号生成部と、
前記マスク信号によりゼロクロス点の検出が有効化される検出期間中に所定レベルとなり、前記基準タイミングを規定する基準信号を生成する基準信号生成部と、
をさらに備え、
前記パルス調節部は、前記逆起検出信号と前記基準信号の位相誤差を検出し、位相誤差に応じた位相誤差データを生成する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。 - 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4のいずれかに記載のモータ駆動回路。
- 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5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。 - 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、
前記多相モータの目標トルク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ステップと、
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、ゼロクロス点のタイミングで所定レベルとなる逆起検出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する相を切り替えるシーケンス制御を行うとともに、前記パルス変調信号にもとづいて、前記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少なくとも一方をスイッチング制御するステップと、
前記逆起検出信号が前記所定レベルとなるタイミングと、所定の基準タイミングを比較し、2つのタイミングの位相誤差が最小となり、かつ、前記パルス変調信号の周波数が前記逆起検出信号の周波数の整数倍となるように、前記パルス変調信号の周波数および位相を調節するステップと、
を備え、
前記パルス変調信号の周波数および位相を調節するステップは、
前記逆起検出信号の毎回の周波数を検出し、その誤差に応じた周波数誤差データを生成するステップと、
前記逆起検出信号が前記所定レベルとなるタイミングと、前記所定の基準タイミングの位相誤差を検出し、位相誤差に応じた位相誤差データを生成するステップと、
を含み、前記周波数誤差データと前記位相誤差データにもとづいて、前記パルス変調信号の周波数および位相を調節する
ことを特徴とするモータ駆動方法。
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