JP6301084B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスＤＣモータの駆動制御を行うモータ駆動装置に関する。

ＨＶＡＣ［heating, ventilation, and air conditioning］用モータやバッテリー冷却ファン用モータの駆動制御を行う際には、（１）オートエアコンによる空調風量の調整、（２）バッテリーの温度上昇に応じた冷却風量の調整、ないしは、（３）電源変動や負荷変動による風量変動の防止などを目的とした回転数フィードバック制御が必要となる。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開２０１２−１２５０６１号公報

回転数フィードバック制御を行う場合には、モータの低回転時に不可避的なハンチング（回転数変動）が生じる。そのため、従来のモータ駆動装置では、モータの低回転時に、回転数フィードバック制御をマスクしてオープン制御に切り替える方式や、或いは、モータ駆動を停止させる方式のハンチング対策が実施されていた。

しかしながら、回転数フィードバック制御をマスクする方式では、回転数フィードバック制御とオープン制御との切替時に回転数の変動を生じるという課題があった。また、ハンチングを生じる回転数はモータの極数により異なるので、従来の方式では適切なハンチング対策を実施することが困難であった。

なお、特許文献１には、モータの低速回転時及び高速回転時において、それぞれ適切な制御ゲインを設定するモータ制御回路が開示されている。しかしながら、特許文献１のモータ制御回路は、外部から入力される信号に連動する切替信号に応じて制御ゲインを切り替える構成とされており、自らが主体的に制御ゲインを切り替えるものではなかった。

本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の課題に鑑み、モータの低回転時にも回転数フィードバック制御を行うことのできるモータ駆動装置、並びに、これを用いた電子機器及び車両を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、モータの通電制御を行うロジック部と、回転数指示信号に応じた基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成部と、前記モータの回転数に応じた回転数信号を生成する回転数信号生成部と、前記基準クロック信号と前記回転数信号の入力を受けて前記モータの回転数を目標値と一致させるように前記ロジック部を制御する回転数フィードバック制御部を有し、前記回転数フィードバック制御部は、前記回転数信号に応じてフィードバックゲインを変化させる構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成るモータ駆動装置において、前記回転数フィードバック制御部は、前記基準クロック信号と前記回転数信号とを比較して周波数誤差信号を生成するＦＬＬ［frequency locked loop］部と、前記周波数誤差信号に応じて出力電圧をアップ／ダウンさせるチャージポンプ部と、前記回転数信号に応じたゲインで前記出力電圧を積分増幅することによりフィードバック信号を生成する積分アンプ部と、を含み、前記ロジック部は、前記フィードバック信号に応じたデューティで通電信号のチョッピング駆動を行う構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成るモータ駆動装置において、前記積分アンプは、前記回転数信号に応じて前記ゲインを段階的に切り替える構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第３の構成から成るモータ駆動装置において、前記積分アンプは、ヒステリシスを持って前記ゲインを切り替える構成（第４の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成るモータ駆動装置において、前記積分アンプは、前記回転数信号に応じて前記ゲインを連続的に変化させる構成（第５の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第５いずれかの構成から成るモータ駆動装置において、前記回転数フィードバック制御部は、前記基準クロック信号を逓倍して前記ＦＬＬ部に出力するＰＬＬ［phase locked loop］部をさらに含む構成（第６の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第６いずれかの構成から成るモータ駆動装置は、前記基準クロック信号の急峻な周波数変動を抑制するソフト処理部をさらに有する構成（第７の構成）にするとよい。

また、上記第１〜第７いずれかの構成から成るモータ駆動装置は、前記回転数信号に応じて前記フィードバック信号のマスク制御を行うマスク部をさらに有する構成（第８の構成）にするとよい。

また、本発明に係る電子機器は、モータと、前記モータの駆動制御を行う上記第１〜第８いずれかの構成から成るモータ駆動装置とを有する構成（第９の構成）とされている。

また、本発明に係る車両は、上記第９の構成から成る電子機器を有する構成（第１０の構成）とされている。

本発明によれば、モータの低回転時にも回転数フィードバック制御を行うことのできるモータ駆動装置、並びに、これを用いた電子機器及び車両を提供することが可能となる。

電子機器の一構成例を示すブロック図 モータ３の内部構造を示す模式図 ドライバ駆動信号と通電信号の挙動を示すタイムチャート ホール信号と位置信号の挙動を示すタイムチャート 三角波電圧とホール電圧の挙動を示す波形図 回転数フィードバック制御部１８の一構成例を示すブロック図 積分アンプ部１８４の一構成例を示すブロック図 ゲイン調整動作の第１例（２段階切替制御）を示す図 ゲイン調整動作の第２例（リニア可変制御）を示す図 半導体装置１の第１変形例を示す要部ブロック図 ソフト処理動作の一例を示す図 半導体装置１の第２変形例を示す要部ブロック図 回転数フィードバック制御とオープン制御との切替動作例を示す図 電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図

＜電子機器＞
図１は、３相ブラシレスＤＣモータを備えた電子機器の全体構成を示すブロック図である。本構成例の電子機器Ｘは、半導体装置１と、ドライバ２と、３相ブラシレスＤＣモータ３（以下ではモータ３と略称する）と、ホールセンサ４と、を有する。

半導体装置１は、モータ３の駆動制御を行うモータ駆動装置（いわゆるモータドライバＩＣ）であり、位置信号生成部１１と、ホールマトリクス１２と、ロジック部１３と、プリドライバ１４と、チャージポンプ１５と、基準クロック信号生成部１６と、回転数信号生成部１７と、回転数フィードバック制御部１８と、三角波発振部１９と、を有する。

位置信号生成部１１は、モータ３のロータ位置に応じた矩形波状の位置信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）を生成する回路であり、モータ３の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に一つずつ設けられたヒステリシス付きのホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを含む。ホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗは、各相のホールセンサ４Ｕ、４Ｖ、４Ｗから各々入力される正負極性のホール信号（ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−）を各々比較することにより、先に述べた位置信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）を生成する。

ホールマトリクス１２は、位置信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）に所定の信号処理（正転／逆転切替処理、オフセット調整処理、及び、自動利得制御などを含む）を施すことにより、各相毎のホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）を生成する。なお、ホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）は、駆動波形に応じて三相変調（正弦波状（図５の破線を参照））や二相変調（ヒップ状）のアナログ電圧信号となる。

ロジック部１３は、各相のホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）に応じて適切な相切替タイミングで転流（励磁相切替）を行うように各相のプリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）を生成してモータ３の通電制御を行う。その際、ロジック部１３は、ホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）と三角波電圧Ｖｏｓｃを比較することにより、プリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）のチョッピング駆動を行う。また、ロジック部１３は、フィードバック信号Ｓ３に応じてホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）の振幅Ｖｙを変化させることにより、チョッピング駆動のデューティ制御を行う機能も備えている。

プリドライバ１４は、各相のプリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）に所定の信号処理（レベルシフト処理や波形整形処理など）を施すことにより、各相のドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）を生成する。

チャージポンプ１５は、電源電圧ＶＣＣから昇圧電圧ＶＧ（プリドライバ電源電圧）を生成し、これをプリドライバ１４に出力する。

基準クロック信号生成部１６は、半導体装置１の外部から入力される回転数指示信号ＴＨに応じた発振周波数ｆ１の基準クロック信号Ｓ１を生成する。なお、基準クロック信号生成部１６は、回転数指示信号ＴＨとして、アナログ電圧信号とパルス幅変調信号のいずれの入力でも受け付けることができる。

回転数信号生成部１７は、例えば、Ｕ相の位置信号ＨＵ（Ｖ相やＷ相でも可）から、モータ３の回転数に応じた発振周波数ｆ２のＦＧ［frequency generator］信号（回転数信号）Ｓ２を生成する。

回転数フィードバック制御部１８は、基準クロック信号Ｓ１とＦＧ信号Ｓ２の入力を受けて、モータ３の回転数を目標値と一致させるように、フィードバック信号Ｓ３を生成する。なお、回転数フィードバック制御部１８の構成や動作については、後ほど詳述する。

三角波発振部１９は、振幅Ｖｘと発振周波数ｆｘが固定された三角波電圧Ｖｏｓｃ（図５の実線を参照）を生成してロジック部１３に出力する。なお、発振周波数ｆｘは、外付けのキャパシタや抵抗（いずれも不図示）を用いて任意に調整することが可能である。

また、半導体装置１には、上記構成要素のほかにも、例えば、内部基準電圧生成部、スタンバイ制御部、進角制御部、及び、各種保護部（過電圧保護部、過電流保護部、温度保護部、ロック保護部など）が集積化されているが、ここでは詳細な説明を割愛する。

ドライバ２は、各相のドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）に応じて、各相の通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成するパワー出力段であり、パワートランジスタＭ１〜Ｍ６（ＭＯＳＦＥＴ［metal oxide semiconductor field effect transistor］やＩＧＢＴ［insulated gate bipolar transistor］など）を含む。上側パワートランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ５のドレインは、いずれも、電源電圧ＶＣＣの印加端に接続されている。上側パワートランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ５のソース及びバックゲートと、下側パワートランジスタＭ２、Ｍ４、Ｍ６のドレインは、それぞれモータ３の各相端子に接続されている。下側パワートランジスタＭ２、Ｍ４、Ｍ６のソース及びバックゲートは、いずれも接地端に接続されている。なお、本構成例では、全てのパワートランジスタＭ１〜Ｍ６としてＮチャネル型を用いているが、上側パワートランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ５としてはＰチャネル型を用いることも可能である。この場合には、半導体装置１のチャージポンプ１５を省略することができる。

モータ３は、図２で示すように、４極の永久磁石を有するロータ３１と、各々にコイルが巻き回された３スロットのステータ３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗを含む構造とされている。なお、極数とスロット数との組み合わせは、４極３スロットに限定されるものではなく、他の組み合わせ（２極３スロットや４極６スロットなど）を採用することも可能である。

ホールセンサ４は、図２で示すように、各相のステータ３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗに対して電気角で同位相となる位置に各々設けられた各相のホールセンサ４Ｕ、４Ｖ、４Ｗを含み、ロータ３１の磁界を検出してロータ３１の位置に応じた各相のホール信号（ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−）を生成する。なお、ホール信号生成部としては、ホールセンサ４に代えて、矩形波信号を生成するホールＩＣを用いても構わない。この場合、半導体装置１のホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを省略することもできる。ただし、ホールセンサとホールＩＣいずれの外部接続にも対応するためには、半導体装置１にホールコンパレータ１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗを設けておくことが望ましい。

＜１８０通電制御＞
図３は、１８０°通電時におけるドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）と通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の挙動を示すタイムチャートである。また、図４は、１８０°通電時におけるホール信号（ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−）と位置信号（ＨＵ、ＨＶ、ＨＷ）の挙動を示すタイムチャートである。

電気角０°〜６０°（フェイズ（１））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ１、Ｍ４、Ｍ５がオンとなり、パワートランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ６がオフとなる。その結果、通電信号Ｕ、Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｖがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相とＷ相からＶ相端子に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＵ、ＨＷはハイレベルとなり、位置信号ＨＶはローレベルとなる。

電気角６０°〜１２０°（フェイズ（２））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ１、Ｍ４、Ｍ６がオンとなり、パワートランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ５がオフとなる。その結果、通電信号Ｕがハイレベルとなり、通電信号Ｖ、Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相からＶ相とＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＵはハイレベルとなり、位置信号ＨＶ、ＨＷはローレベルとなる。

電気角１２０°〜１８０°（フェイズ（３））では、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ６がオンとなり、パワートランジスタＭ２、Ｍ４、Ｍ５がオフとなる。その結果、通電信号Ｕ、Ｖがハイレベルとなり、通電信号Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＵ相とＶ相からＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＵ、ＨＶはハイレベルとなり、位置信号ＨＷはローレベルとなる。

電気角１８０°〜２４０°（フェイズ（４））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＬがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＨがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ６がオンとなり、パワートランジスタＭ１、Ｍ４、Ｍ５がオフとなる。その結果、通電信号Ｖがハイレベルとなり、通電信号Ｕ、Ｗがローレベルとなるので、モータ３にはＶ相からＵ相とＷ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＶはハイレベルとなり、位置信号ＨＵ、ＨＷはローレベルとなる。

電気角２４０°〜３００°（フェイズ（５））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＨ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＬ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ２、Ｍ３、Ｍ５がオンとなり、パワートランジスタＭ１、Ｍ４、Ｍ６がオフとなる。その結果、通電信号Ｖ、Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｕがローレベルとなるので、モータ３にはＶ相とＷ相からＵ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＶ、ＨＷはハイレベルとなり、位置信号ＨＵはローレベルとなる。

電気角３００°〜３６０°（フェイズ（６））では、ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＨがハイレベルとされ、ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＬがローレベルとされるので、パワートランジスタＭ２、Ｍ４、Ｍ５がオンとなり、パワートランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ６がオフとなる。その結果、通電信号Ｗがハイレベルとなり、通電信号Ｕ、Ｖがローレベルとなるので、モータ３にはＷ相からＵ相とＶ相に向けて駆動電流が流れる。このとき、位置信号ＨＷはハイレベルとなり、位置信号ＨＵ、ＨＶはローレベルとなる。

このように、１８０°通電方式では、互いに１２０°ずつ位相をずらしながら、通電信号（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の論理レベルが１８０°毎に切り替えられる。なお、図３ないし図４では、図示を簡単とすべく、上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨと下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬが互いの論理反転信号として描写されているが、実際には、貫通電流の防止を目的として、上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨがローレベルとなってから下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬがハイレベルとなるように、ないしは、下側ドライバ駆動信号ＵＬ、ＶＬ、ＷＬがローレベルとなってから上側ドライバ駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨがハイレベルとなるように、所定のデッドタイム（上下パワートランジスタの同時オフ時間）が設けられる。また、図３ないし図４では、図示を簡単とすべく、ドライバ駆動信号（ＵＨ／ＵＬ、ＶＨ／ＶＬ、ＷＨ／ＷＬ）のチョッピング駆動については、その描写が省略されている。

なお、モータ駆動制御方式は、上記の１８０°通電方式に限定されるものではなく、１２０°通電方式や１５０°通電方式などを採用することも可能である。

＜チョッピング駆動＞
図５は、三角波電圧Ｖｏｓｃとホール電圧ＶＵ（ＶＶ、ＶＷ）の各挙動を示す波形図である。ロジック部１３は、振幅Ｖｘ（固定値）の三角波電圧Ｖｏｓｃと、振幅Ｖｙ（可変値）のホール電圧（ＶＵ、ＶＶ、ＶＷ）とを比較することにより、プリドライバ駆動信号（ｕｈ／ｕｌ、ｖｈ／ｖｌ、ｗｈ／ｗｌ）のチョッピング駆動を行う。

その際、ロジック部１３は、フィードバック信号Ｓ３に応じて振幅Ｖｙの可変制御を行い、チョッピング駆動のデューティ制御を行う。具体的に述べると、ロジック部１３は、フィードバック信号Ｓ３の信号レベルが高いほど振幅Ｖｙを大きくしてチョッピング駆動のデューティを引き上げる一方、フィードバック信号Ｓ３の信号レベルが低いほど振幅Ｖｙを小さくしてチョッピング駆動のデューティを引き下げる。なお、フィードバック信号Ｓ３の信号レベルは、モータ３の回転数が目標値よりも低いときに上昇し、モータの回転数が目標値よりも高いときに低下する。このようなデューティ制御を行うことにより、電源変動や負荷変動によってモータ３の回転数が変化した場合であっても、これを遅滞なく補正してモータ３の回転数を目標値に維持することが可能となる。

＜回転数フィードバック制御部＞
図６は、回転数フィードバック制御部１８の一構成例を示すブロック図である。本構成例の回転数フィードバック制御部１８は、ＰＬＬ部１８１と、ＦＬＬ部１８２と、チャージポンプ部１８３と、積分アンプ部１８４と、を含む。

ＰＬＬ部１８１は、位相比較器１８１ａと、ループフィルタ１８１ｂと、電圧制御発振器１８１ｃと、分周器１８１ｄと、を含み、基準クロック信号Ｓ１の発振周波数ｆ１をＮ逓倍した基準クロック信号Ｓ１’（発振周波数ｆ１’＝Ｎ×ｆ１）を生成してＦＬＬ部１８２に出力する。

位相比較器（ＰＦＣ［phase frequency comparator］）１８１ａは、基準クロック信号Ｓ１と分周クロック信号Ｓａとの位相を比較して位相誤差信号Ｓｂを生成する。

ループフィルタ１８１ｂは、位相誤差信号Ｓｂの不要な短周期変動成分を遮断して制御電圧信号Ｓｃを生成する。

電圧制御発振器（ＶＣＯ［voltage-controlled oscillator］）１８１ｃは、制御電圧信号Ｓｃに応じた発振周波数ｆ１’で基準クロック信号Ｓ１’を生成する。

分周器１８１ｄは、基準クロック信号Ｓ１’の発振周波数ｆ１’をＮ分周した分周クロック信号Ｓａを生成する。

ＦＬＬ部１８２は、基準クロック信号Ｓ１の発振周波数ｆ１’とＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２とを比較して周波数誤差信号（加速信号ＵＰと減速信号ＤＮ）を生成する。具体的に述べると、ＦＬＬ部１８２は、モータ３の回転数が目標値よりも低いとき、すなわちｆ１’＞ｆ２であるときに、加速信号ＵＰを出力する。一方、ＦＬＬ部１８２は、モータ３の回転数が目標値よりも高いとき、すなわちｆ１’＜ｆ２であるときに、減速信号ＤＮを出力する。

チャージポンプ部１８３は、電流源１８３ａ及び１８３ｂを含み、周波数誤差信号（加速信号ＵＰと減速信号ＤＮ）に応じて出力電圧ＣＰをアップ／ダウンさせる。電流源１８３ａは、加速信号ＵＰに応じて電源端から出力端に向けたソース電流のオン／オフ制御を行う。電流源１８３ｂは、減速信号ＤＮに応じて出力端から接地端に向けたシンク電流のオン／オフ制御を行う。具体的に述べると、モータ３の回転数が目標値よりも低いときには、加速信号ＵＰが入力されてソース電流がオンされるので、出力電圧ＣＰが高くなる。逆に、モータ３の回転数が目標値よりも高いときには、減速信号ＤＮが入力されてシンク電流がオンされるので、出力電圧ＣＰが低くなる。

積分アンプ部１８４は、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じたゲインＧで出力電圧ＣＰを積分増幅することにより、フィードバック信号Ｓ３を生成する。

このように、本構成例の回転数フィードバック制御部１８は、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じて積分アンプ部１８４のゲインＧを変化させることにより、フィードバックゲインを変化させる点に特徴を有する。以下では、積分アンプ部１８４の構成及び動作について詳細な説明を行う。

図７は、積分アンプ部１８４の一構成例を示すブロック図である。本構成例の積分アンプ部１８４は、オペアンプ１８４ａと、デマルチプレクサ１８４ｂと、ゲイン切替制御部１８４ｃと、キャパシタ１８４ｄ及び１８４ｅと、抵抗１８４ｆと、電圧源１８４ｇと、抵抗ＲＨ及びＲＬ（各抵抗値はＲＨ＜ＲＬとする）と、を含む。なお、抵抗ＲＨ及びＲＬ以外の構成要素（１８４ａ〜１８４ｇ）は、いずれも半導体装置１に集積化されている。

オペアンプ１８４ａの非反転入力端（＋）は、電圧源１８４ｇの正極端に接続されている。電圧源１８４ｇの負極端は、接地端に接続されている。オペアンプ１８４ａの反転入力端（−）は、外部端子Ｔ１１に接続されている。オペアンプ１８４の出力端は、フィードバック信号Ｓ３の印加端に接続されている。キャパシタ１８４ｄ及び１８４ｅの第１端は、いずれもオペアンプ１８４ａの反転入力端（−）に接続されている。キャパシタ１８４ｅの第２端は、抵抗１８４ｆの第１端に接続されている。キャパシタ１８４ｄの第２端と抵抗１８４ｆの第２端は、いずれもオペアンプ１８４ａの出力端に接続されている。抵抗ＲＨの第１端は、外部端子Ｔ１２に接続されている。抵抗ＲＬの第１端は、外部端子Ｔ１３に接続されている。抵抗ＲＨ及びＲＬの第２端は、いずれも外部端子Ｔ１１に接続されている。

デマルチプレクサ１８４ｂの入力端は、出力信号ＣＰの印加端に接続されている。デマルチプレクサ１８４ｂの第１出力端は、外部端子Ｔ１２に接続されている。デマルチプレクサ１８４ｂの第２出力端は、外部端子Ｔ１３に接続されている。デマルチプレクサ１８４ｂの制御端は、ゲイン切替信号ＳＷ１の印加端（ゲイン切替制御部１８４ｃの出力端）に接続されている。デマルチプレクサ１８４ｂは、ゲイン切替信号ＳＷ１が第１論理レベル（例えばハイレベル）であるときに出力信号ＣＰを第１出力端に出力し、ゲイン切替信号ＳＷ１が第２論理レベル（例えばローレベル）であるときに出力信号ＣＰを第２出力端に出力する。

ゲイン切替制御部１８４ｃは、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じてゲイン切替信号ＳＷ１の論理レベルを切り替える。

図８は、ゲイン調整動作の第１例（２段階切替制御）を示す図である。モータ３の回転数が高くなり、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２が上側閾値ｆ２Ｈを上回ると、ゲイン切替制御部１８４ｃは、ゲイン切替信号ＳＷ１を第１論理レベルとする。その結果、デマルチプレクサ１８４ｂは、出力信号ＣＰを第１出力端に出力する状態となるので、積分アンプ部１８４のゲインＧは、抵抗ＲＨに応じた高ゲインＧＨに設定される。

一方、モータ３の回転数が低くなり、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２が下側閾値ｆ２Ｌ（＜ｆ２Ｈ）を下回ると、ゲイン切替制御部１８４ｃは、ゲイン切替信号ＳＷ１を第２論理レベルとする。その結果、デマルチプレクサ１８４ｂは、出力信号ＣＰを第２出力端に出力する状態となるので、積分アンプ部１８４のゲインＧは、抵抗ＲＬに応じた低ゲインＧＬに設定される。

このように、モータ３の低回転時にフィードバックゲインを低下させることにより、モータ３のハンチングを招くことなく、回転数フィードバック制御を継続することが可能となる。なお、図８で示したように、ゲイン切替用の閾値（ｆ２Ｈ、ｆ２Ｌ）にヒステリシスを持たせておけば、不必要なゲイン切替を防止することが可能となる。

また、本構成例の積分アンプ１８４であれば、ゲインＧ（高ゲインＧＨ及び低ゲインＧＬ）を外付けの抵抗ＲＨ及びＲＬによって調整することができるので、モータ３の極数に依存することなく、適切なフィードバックゲインを設定することが可能となる。

なお、積分アンプ１８４のゲイン調整動作は、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じてゲインＧを段階的に切り替える構成（図８を参照）に限らず、例えば、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じてゲインＧを連続的に変化させる構成（図９を参照）としてもよい。

＜第１変形例＞
図１０は、半導体装置１の第１変形例を示す要部ブロック図である。本変形例の半導体装置１は、基準クロック信号生成部１６と回転数フィードバック制御部１８との間に、基準クロック信号Ｓ１の急峻な周波数変動を抑制するソフト処理部２０をさらに有する。

このようなソフト処理部２０を有する構成であれば、モータ３の起動時ないし停止時において、モータ３の回転数ＮＲ［number of revolution］を緩やかに変化させることができるので、意図しないラッシュカレントを防止することが可能となる（図１１を参照）。

なお、ソフト処理部２０は、外部端子Ｔ１４に外付けされる抵抗Ｒｓにより、回転数ＮＲの変化率（単位時間当たりの変化量）を調整することが可能である。

また、先に説明した回転数フィードバック制御による回転数ＮＲの補正率（単位時間当たりの補正量）は、ソフト処理部２０による回転数ＮＲの変化率とは別々に設定されている。従って、図１１の期間Ｔ１〜Ｔ３で示したように、回転数ＮＲの立上り時（Ｔ１）、定常時（Ｔ２）、及び、立下り時（Ｔ３）のいずれにおいても、同一の補正率で回転数ＮＲを各時点の目標値に合わせ込むことができる。

＜第２変形例＞
図１２は、半導体装置１の第２変形例を示す要部ブロック図である。本変形例の半導体装置１は、ＦＧ信号Ｓ２に応じてフィードバック信号Ｓ３のマスク制御を行うマスク部２１をさらに有する。マスク部２１は、オープン信号生成部２１ａと、マルチプレクサ２１ｂと、マスク制御部２１ｃと、を含む。

オープン信号生成部２１ａは、ＦＧ信号Ｓ２（実回転数）に依ることなく、基準クロック信号Ｓ１（目標回転数）のみに応じてオープン信号Ｓ４を生成する。

マルチプレクサ２１ｂは、マスク切替信号ＳＷ２に応じてフィードバック信号Ｓ３とオープン信号Ｓ４のいずれか一方を選択信号Ｓ５として出力する。より具体的に述べると、マルチプレクサ２１ｂは、マスク切替信号ＳＷ２が第１論理レベル（例えばハイレベル）であるときにフィードバック信号Ｓ３を選択信号Ｓ５として出力し、マスク切替信号ＳＷ２が第２論理レベル（例えばローレベル）であるときにオープン信号Ｓ４を選択信号Ｓ５として出力する。

マスク制御部２１ｃは、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２に応じてマスク切替信号ＳＷ２の論理レベルを切り替える。

なお、上記構成から成るマスク部２１の導入に伴い、ロジック部１３は、フィードバック信号Ｓ３の直接入力を受ける構成ではなく、選択信号Ｓ５の入力を受けてチョッピング駆動のデューティ制御を行う構成に変更されている。

図１３は、回転数フィードバック制御とオープン制御との切替動作例を示す図である。モータ３の回転数が低くなり、ＦＧ信号Ｓ２の発振周波数ｆ２が下側閾値ｆ２Ｌよりもさらに低いマスク閾値ｆ２Ｘを下回ると、マスク制御部２１ｃは、マスク切替信号ＳＷ２を第１論理レベルから第２論理レベルに切り替える。その結果、マルチプレクサ２１ｂは、フィードバック信号Ｓ３を選択信号Ｓ５として出力していた状態から、オープン信号Ｓ４を選択信号Ｓ５として出力する状態となるので、回転数フィードバック制御からオープン制御への切替が行われる。

このように、回転数フィードバック制御のフィードバックゲインを引き下げてもモータ３のハンチングを生じるおそれがあるほど、モータ３の回転数が低下した場合には、フィードバック信号Ｓ３をマスクしてオープン制御に切り替えることにより、モータ３のハンチングを確実に防止することが可能となる。

なお、図１３では描写を省略したが、不必要なマスク切替を防止するためには、マスク切替用の閾値ｆ２Ｘにもヒステリシスを持たせることが望ましい。

＜車両への適用＞
図１４は、種々の電子機器を搭載した車両の一構成例を示す外観図である。本構成例の車両Ｙは、バッテリ（不図示）から電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作する種々の電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８を搭載している。なお、図１４における電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８の搭載位置については、図示の便宜上、実際とは異なる場合がある。

電子機器Ｘ１１は、エンジンに関連する制御（インジェクション制御、電子スロットル制御、アイドリング制御、酸素センサヒータ制御、及び、オートクルーズ制御など）を行うエンジンコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１２は、ＨＩＤ［high intensity discharged lamp］やＤＲＬ［daytime running lamp］などの点消灯制御を行うランプコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１３は、トランスミッションに関連する制御を行うトランスミッションコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１４は、車両Ｙの運動に関連する制御（ＡＢＳ［anti-lock brake system］制御、ＥＰＳ［electric power steering］制御、電子サスペンション制御など）を行うボディコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１５は、ドアロックや防犯アラームなどの駆動制御を行うセキュリティコントロールユニットである。

電子機器Ｘ１６は、エアーコンディショナ、ワイパー、電動ドアミラー、パワーウィンドウ、ダンパー（ショックアブソーバー）、電動サンルーフ、及び、電動シートなど、標準装備品やメーカーオプション品として、工場出荷段階で車両Ｙに組み込まれている電子機器である。

電子機器Ｘ１７は、車載Ａ／Ｖ［audio/visual］機器、カーナビゲーションシステム、及び、ＥＴＣ［electronic toll collection system］など、ユーザオプション品として任意で車両Ｙに装着される電子機器である。

電子機器Ｘ１８は、車載ブロア、オイルポンプ、ウォーターポンプ、バッテリ冷却ファンなど、高耐圧系モータを備えた電子機器である。

上記した電子機器Ｘ１１〜Ｘ１８のうち、ブラシレスＤＣモータを備える電子機器については、適宜、先に説明した電子機器Ｘの構成を採用することができる。

＜その他の変形例＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、モータ駆動装置の用途については、車載用以外にも、様々な用途（例えば白物家電用）が考えられる。

このように、上記の実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本発明は、モータ駆動装置全般に適用することが可能な技術であり、例えば、車載用３相ブラシレスＤＣモータドライバＩＣに利用することが可能である。

１ 半導体装置（モータ駆動装置）
１１ 位置信号生成部
１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ ホールコンパレータ
１２ ホールマトリクス
１３ ロジック部
１４ プリドライバ
１５ チャージポンプ
１６ 基準クロック信号生成部
１７ 回転数信号生成部
１８ 回転数フィードバック制御部
１８１ ＰＬＬ部
１８１ａ 位相比較器
１８１ｂ ループフィルタ
１８１ｃ 電圧制御発振器
１８１ｄ 分周器
１８２ ＦＬＬ部
１８３ チャージポンプ部
１８３ａ、１８３ｂ 電流源
１８４ 積分アンプ部
１８４ａ オペアンプ
１８４ｂ デマルチプレクサ
１８４ｃ ゲイン切替制御部
１８４ｄ、１８４ｅ キャパシタ
１８４ｆ 抵抗
１８４ｇ 電圧源
１９ 三角波発振部
２０ ソフト処理部
２１ マスク部
２１ａ オープン信号生成部
２１ｂ マルチプレクサ
２１ｃ マスク制御部
２ ドライバ
３ モータ（３相ブラシレスＤＣモータ）
３１ ロータ
３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ ステータ
４、４Ｕ、４Ｖ、４Ｗ ホールセンサ
Ｍ１〜Ｍ６ パワートランジスタ
ＲＨ、ＲＬ 抵抗
Ｒｓ 抵抗
Ｔ１１〜Ｔ１４ 外部端子
Ｘ、Ｘ１１〜Ｘ１８ 電子機器
Ｙ 車両

Claims (11)

1. モータの通電制御を行うロジック部と、
   回転数指示信号に応じた基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成部と、
   前記モータの回転数に応じた回転数信号を生成する回転数信号生成部と、
   前記基準クロック信号と前記回転数信号の入力を受けて前記モータの回転数を目標値と一致させるように前記ロジック部を制御する回転数フィードバック制御部と、
   を有し、
   前記回転数フィードバック制御部は、前記回転数信号に応じてフィードバックゲインを変化させるものであって、前記モータの回転数が前記目標値を上回ると、前記フィードバックゲインを第１ゲイン値に設定し、前記モータの回転数が前記目標値を下回ると、前記フィードバックゲインを前記第１ゲイン値よりも低い第２ゲイン値に設定することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記回転数フィードバック制御部は、
   前記基準クロック信号と前記回転数信号とを比較して周波数誤差信号を生成するＦＬＬ［frequency locked loop］部と、
   前記周波数誤差信号に応じて出力電圧をアップ／ダウンさせるチャージポンプ部と、
   前記回転数信号に応じたゲインで前記出力電圧を積分増幅することによりフィードバック信号を生成する積分アンプ部と、
   を含み、
   前記ロジック部は、前記フィードバック信号に応じたデューティで通電信号のチョッピング駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記積分アンプは、前記回転数信号に応じて前記ゲインを段階的に切り替えることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記積分アンプは、ヒステリシスを持って前記ゲインを切り替えることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動装置。
5. 前記積分アンプは、前記回転数信号に応じて前記ゲインを連続的に変化させることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
6. 前記回転数フィードバック制御部は、前記基準クロック信号を逓倍して前記ＦＬＬ部に出力するＰＬＬ［phase locked loop］部をさらに含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
7. 前記基準クロック信号の急峻な周波数変動を抑制するソフト処理部をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
8. 前記回転数信号に応じて前記フィードバック信号のマスク制御を行うマスク部をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記マスク部は、前記モータの回転数が前記目標値よりも低いマスク閾値を下回ると、前記フィードバック信号をマスクしてオープン制御に切り替えることを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動装置。
10. モータと、前記モータの駆動制御を行う請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のモータ駆動装置と、を有することを特徴とする電子機器。
11. 請求項１０に記載の電子機器を有することを特徴とする車両。

Images