JP5961042B2 - ブリッジ出力回路およびそれを用いたモータ駆動装置、電子機器 - Google Patents
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Description
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」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。
出力端子Poには、図示しない負荷が接続される。ハイサイドトランジスタM1はNチャンネルMOSFETであり、電源電圧VDD1が供給される上側電源ラインLVDD1と出力端子Poの間に設けられる。ローサイドトランジスタM2はNチャンネルMOSFETであり、出力端子Poと接地電圧VSSが供給される下側電源ラインLVSSの間に設けられる。
ハイサイドドライバ20は、第3電流源CS2U、第4電流源CS1U、第3アシスト回路22、第4アシスト回路24を含む。
第1遷移: シンク状態で制御信号SINがローレベルからハイレベルに遷移
第2遷移: ソース状態で制御信号SINがローレベルからハイレベルに遷移
第3遷移: ソース状態で制御信号SINがハイレベルからローレベルに遷移
第2遷移: シンク状態で制御信号SINがハイレベルからローレベルに遷移
図8は、第1遷移時のコントローラ10の動作を示す波形図である。
初期状態φ0において、ゲート電圧VG1がローレベル電圧Voであり、ハイサイドトランジスタM1がオフしている。またゲート電圧VG2がハイレベル電圧VDD2であり、ローサイドトランジスタM2がオンである。初期状態φ0において、コントローラ10は、ゲート電圧VG2をハイレベルに保つために、第1電流源CS2DおよびスイッチSW2Dをオンしている。図8〜図11において、ハイレベルであってもローレベルであってもよい(冗長な)信号を破線で示す。
図9は、第2遷移時のコントローラ10の動作を示す波形図である。
初期状態φ0: ゲート電圧VG1がローレベル電圧Voであり、ハイサイドトランジスタM1がオフしている。またゲート電圧VG2がハイレベル電圧VDD2であり、ローサイドトランジスタM2がオンである。
初期状態φ0において、コントローラ10は、ゲート電圧VG2をハイレベルに保つために、第1電流源CS2DおよびスイッチSW2Dをオンしている。
図10は、第3遷移時のコントローラ10の動作を示す波形図である。
初期状態φ0において、ゲート電圧VG1がハイレベル電圧VDD1であり、ハイサイドトランジスタM1がオンしている。またゲート電圧VG2がローレベル電圧VSSであり、ローサイドトランジスタM2がオフである。初期状態φ0において、コントローラ10は、ゲート電圧VG1をハイレベルに保つために、第3電流源CS2UおよびスイッチSW2Uをオンしている。
図11は、第4遷移時のコントローラ10の動作を示す波形図である。
初期状態φ0において、ゲート電圧VG1がハイレベル電圧VDD1であり、ハイサイドトランジスタM1がオンしている。またゲート電圧VG2がローレベル電圧VSSであり、ローサイドトランジスタM2がオフである。初期状態φ0において、コントローラ10は、ゲート電圧VG1をハイレベルに保つために、第3電流源CS2UおよびスイッチSW2Uをオンしている。
このブリッジ出力回路100aによれば、図8に示す第1遷移の第1状態φ1において、第1アシスト回路32をオンすることにより、ゲート電圧VG2を高速に低下させることができる。その結果、制御信号SINがハイレベルに遷移してから、出力電圧Voが増大し始めるまでの時間を短縮できる。図12(a)は、第1アシスト回路32を設けた場合の、図12(b)は第1アシスト回路32を設けない場合の、第1遷移の波形図である。第1アシスト回路32を設けることにより期間T1が短縮され、その結果、出力電圧Voのスルーレートは一定に保ちつつ、出力電圧が変化し始めるまでの時間を短縮できる。
図13(a)、(b)は、実施の形態に係るブリッジ出力回路を備えるモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
駆動対象のモータ201はたとえばボイスコイルモータである。検出抵抗Rsは、モータ201と直列に設けられ、その両端間にはモータ201のコイルに流れる電流に比例した電圧降下(検出電圧)Vsが発生する。電流検出回路202は、検出電圧Vsを増幅する。PWMコントローラ204は、電流検出回路202から検出電圧Vs’を受け、検出電圧Vs’が所定の目標値と一致するようにデューティ比が調節されるパルス幅変調(PWM)信号を生成する。PWMコントローラ204は、PWM信号に応じた制御信号SINを、ブリッジ出力回路100aに供給する。
図14(a)の電子機器は、ハードディスク装置500である。ハードディスク装置500は、磁気ディスク502と、ヘッド504、アーム506を備える。ヘッド504は、磁気ディスク502にデータを書き込み、読み出すために設けられる。ヘッド504は、アーム506の先端に取り付けられており、アーム506の位置を変化させることにより、ヘッド504と磁気ディスク502の相対的な位置関係が制御される。モータ201は、アーム506を稼働するために設けられる。モータ駆動装置200は、ボイスコイルモータ201を制御する。
ハイサイドトランジスタM1はPチャンネルMOSFETであってもよい。
図15は、第1の変形例に係るブリッジ出力回路100bの構成を示す回路図である。ハイサイドトランジスタM1はPチャンネルMOSFETである。図15のハイサイドドライバ40は、第3電流源CS2U、第4電流源CS1U、第5アシスト回路42、第6アシスト回路44を含む。図15の第5アシスト回路42および第6アシスト回路44はそれぞれ、図6の第3アシスト回路22および第4アシスト回路24に対応する。この変形例によれば、ブリッジ出力回路100aと同様の効果を得ることができる。
アシスト回路22、32、42の構成は、上述のそれには限定されない。図16(a)〜(c)は、第1アシスト回路32、第3アシスト回路22、第5アシスト回路42の変形例を示す回路図である。第1アシスト回路32は、オン、オフが切りかえ可能に構成された電流源CS3を含む。第1スイッチSW1Dは、電流源CS3に内蔵されてもよい。図16(b)、(c)に示すように、第3アシスト回路22、第5アシスト回路42についても同様の変形例が存在する。
第1アシスト回路32は、第1トランジスタM1Dや電流源CS3を設けず、スイッチSW1Dのみで構成してもよい。同様に、第3アシスト回路22は第2スイッチSW1Uのみで、第5アシスト回路42は第3スイッチSW2Uのみで構成してもよい。
実施の形態では、駆動対象のモータがボイスコイルモータである場合を説明したが、モータ駆動装置200の用途はそれには限定されず、スピンドルモータなど、その他のモータの駆動に利用できる。また、モータ201の制御方式は電流検出にもとづくフィードバックに限定されず、逆起電力の検出にもとづくフィードバック制御であってもよいし、オープンループ制御であってもよい。
Claims (20)
- 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたNチャンネルMOSFETのローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ローサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ローサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第1電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ローサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第2電流源と、
前記第2電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ローサイドトランジスタのゲートから補助電流を引き抜く第1アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第1電流源、前記第2電流源および前記第1アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から本ブリッジ出力回路に吸い込まれる方向に流れる状態で前記出力端子の出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第1電流源をオフ、前記第1アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が下側しきい値電圧を超えると、前記第1電流源をオフ、前記第2電流源をオン、前記第1アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記コントローラは、前記出力電圧を前記下側しきい値電圧と比較する第1電圧監視部を含むことを特徴とするブリッジ出力回路。 - 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたNチャンネルMOSFETのローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ローサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ローサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第1電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ローサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第2電流源と、
前記第2電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ローサイドトランジスタのゲートから補助電流を引き抜く第1アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第1電流源、前記第2電流源および前記第1アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から本ブリッジ出力回路に吸い込まれる方向に流れる状態で前記出力端子の出力電圧をローレベル電圧からハイレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第1電流源をオフ、前記第1アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が下側しきい値電圧を超えると、前記第1電流源をオフ、前記第2電流源をオン、前記第1アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記ローサイドドライバは、
前記第1電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ローサイドトランジスタのゲートに補助電流を供給する第2アシスト回路をさらに備え、
前記コントローラは、前記第1電流源、前記第2電流源および前記第1アシスト回路に加えて、前記第2アシスト回路のオン、オフ状態を制御するよう構成されることを特徴とするブリッジ出力回路。 - 前記第1アシスト回路は、前記ローサイドトランジスタのゲートと前記下側電源ラインの間に設けられた第1スイッチを含み、
前記コントローラは、前記第1スイッチのオン、オフを切りかえることを特徴とする請求項1または2に記載のブリッジ出力回路。 - 前記第1アシスト回路は、前記ローサイドトランジスタのゲートと前記下側電源ラインの間に前記第1スイッチと直列に設けられ、かつゲートとドレインが共通に接続されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第1トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第1アシスト回路は、前記ローサイドトランジスタのゲートと前記下側電源ラインの間に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成された電流源を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第1電圧監視部は、
ソースが前記下側電源ラインと接続され、ゲートに前記出力電圧が印加されたNチャンネルMOSFETである第2トランジスタと、
前記第2トランジスタのドレインと所定の電圧ラインの間に設けられたプルアップ抵抗と、
を含み、前記第2トランジスタのドレイン電圧に応じた信号を、電圧比較の結果を示す検出信号として出力することを特徴とする請求項1に記載のブリッジ出力回路。 - 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたNチャンネルMOSFETであるハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第3電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第4電流源と、
前記第4電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートから補助電流を引き抜く第3アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第3電流源、前記第4電流源および前記第3アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から前記負荷に吐き出される方向に流れる状態で、前記出力端子の出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第3電流源をオフ、前記第3アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が上側しきい値電圧より低くなると、前記第3電流源をオフ、前記第4電流源をオン、前記第3アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記コントローラは、前記出力電圧を前記上側しきい値電圧と比較する第2電圧監視部を含むことを特徴とするブリッジ出力回路。 - 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたNチャンネルMOSFETであるハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第3電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第4電流源と、
前記第4電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートから補助電流を引き抜く第3アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第3電流源、前記第4電流源および前記第3アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から前記負荷に吐き出される方向に流れる状態で、前記出力端子の出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第3電流源をオフ、前記第3アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が上側しきい値電圧より低くなると、前記第3電流源をオフ、前記第4電流源をオン、前記第3アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記ハイサイドドライバは、
前記第3電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートに補助電流を供給する第4アシスト回路をさらに備え、
前記コントローラは、前記第3電流源、前記第4電流源および前記第3アシスト回路に加えて、前記第4アシスト回路のオン、オフ状態を制御するよう構成されることを特徴とするブリッジ出力回路。 - 前記第3アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記出力端子の間に設けられた第2スイッチを含み、
前記コントローラは、前記第2スイッチのオン、オフを切りかえることを特徴とする請求項7または8に記載のブリッジ出力回路。 - 前記第3アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記出力端子の間に前記第2スイッチと直列に設けられ、かつゲートとドレインが共通に接続されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第3トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第3アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記出力端子の間に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成された電流源を含むことを特徴とする請求項7または8に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第2電圧監視部は、
ソースが前記上側電源ラインと接続され、ゲートに前記出力電圧が印加されたPチャンネルMOSFETである第4トランジスタと、
前記第4トランジスタのドレインと所定の電圧ラインの間に設けられたプルダウン抵抗と、
を含み、前記第4トランジスタのドレイン電圧に応じた信号を、電圧比較の結果を示す検出信号として出力することを特徴とする請求項7に記載のブリッジ出力回路。 - 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたPチャンネルMOSFETであるハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第5電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第6電流源と、
前記第5電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートに補助電流を供給する第5アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第5電流源、前記第6電流源および前記第5アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から前記負荷に吐き出される方向に流れる状態で、前記出力端子の出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第6電流源をオフ、前記第5アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が上側しきい値電圧より低くなると、前記第6電流源をオフ、前記第5電流源をオン、前記第5アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記コントローラは、前記出力電圧を前記上側しきい値電圧と比較する第2電圧監視部を含むことを特徴とするブリッジ出力回路。 - 負荷と接続されるべき出力端子と、
上側電源ラインと前記出力端子の間に設けられたPチャンネルMOSFETであるハイサイドトランジスタと、
前記出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタのゲート電圧を制御するハイサイドドライバと、
前記ローサイドトランジスタのゲート電圧を制御するローサイドドライバと、
前記ハイサイドドライバおよび前記ローサイドドライバを制御するコントローラと、
を備え、
前記ハイサイドドライバは、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートに所定の定電流を供給する第5電流源と、
オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態にて前記ハイサイドトランジスタのゲートから所定の定電流を引き抜く第6電流源と、
前記第5電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートに補助電流を供給する第5アシスト回路と、
を含み、
前記コントローラは、前記第5電流源、前記第6電流源および前記第5アシスト回路のオン、オフ状態を制御可能に構成され、負荷電流が前記出力端子から前記負荷に吐き出される方向に流れる状態で、前記出力端子の出力電圧をハイレベル電圧からローレベル電圧に遷移させるとき、(1)前記第6電流源をオフ、前記第5アシスト回路をオンする第1状態となり、その後、(2)前記出力電圧が上側しきい値電圧より低くなると、前記第6電流源をオフ、前記第5電流源をオン、前記第5アシスト回路をオフする第2状態に遷移し、
前記ハイサイドドライバは、
前記第6電流源とは別に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成され、オン状態において前記ハイサイドトランジスタのゲートから補助電流を引き抜く第6アシスト回路をさらに備え、
前記コントローラは、前記第5電流源、前記第6電流源および前記第5アシスト回路に加えて、前記第6アシスト回路のオン、オフ状態を制御するよう構成されることを特徴とするブリッジ出力回路。 - 前記第5アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記上側電源ラインの間に設けられた第3スイッチを含み、
前記コントローラは、前記第3スイッチのオン、オフを切りかえることを特徴とする請求項13または14に記載のブリッジ出力回路。 - 前記第5アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記上側電源ラインの間に前記第3スイッチと直列に設けられ、かつゲートとドレインが共通に接続されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である第5トランジスタをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第5アシスト回路は、前記ハイサイドトランジスタのゲートと前記上側電源ラインの間に設けられ、オン、オフが切りかえ可能に構成された電流源を含むことを特徴とする請求項13または14に記載のブリッジ出力回路。
- 前記第2電圧監視部は、
ソースが前記上側電源ラインと接続され、ゲートに前記出力電圧が印加されたPチャンネルMOSFETである第4トランジスタと、
前記第4トランジスタのドレインと所定のライン電圧の間に設けられたプルダウン抵抗と、
を含み、前記第4トランジスタのドレイン電圧に応じた信号を、電圧比較の結果を示す検出信号として出力することを特徴とする請求項13に記載のブリッジ出力回路。 - 請求項1から18のいずれかに記載のブリッジ出力回路を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
- モータと、
前記モータを駆動するモータ駆動装置と、
を備え、
前記モータ駆動装置は、請求項1から18のいずれかに記載のブリッジ出力回路を備えることを特徴とする電子機器。
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