JP6770610B2 - Motor drive device and image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device and an image forming device for driving a motor.
図８は、一般的なモータ駆動回路１００の構成図である。４つのＦＥＴ Ｑ１〜Ｑ４（以下、単にＱ１〜Ｑ４と呼ぶ）はブリッジ接続され、モータのコイルＬ１は、Ｑ１とＱ３の接続点と、Ｑ２とＱ４の接続点を橋絡するように接続される。図８においてＱ１〜Ｑ４は、ｎチャネルＦＥＴであり、Ｑ１及びＱ２のドレイン端子は、２４Ｖの電源端子に接続される。また、Ｑ３及びＱ４のソース端子はグランド（ＧＮＤ）に接続される。また、Ｑ１及びＱ４は、同じＰＷＭ信号であるＰＷＭ＋により駆動され、Ｑ２及びＱ３は、同じＰＷＭ信号であるＰＷＭ−により駆動される。なお、ＰＷＭ＋とＰＷＭ−は互いに逆位相の関係にある。
FIG. 8 is a configuration diagram of a general
続いて、図９によりモータ駆動回路１００の動作を説明する。なお、図９において、期間Ｔ１は、図８のコイルＬ１に流れる相電流Ｉが正（矢印の方向）の期間であり、期間Ｔ２は、相電流Ｉが負（矢印と逆方向）の期間である。なお、相電流は、モータを駆動する駆動電流である。相電流Ｉが正の期間Ｔ１において、ＰＷＭ＋がハイであると、図９の実線の様に相電流Ｉが流れる。その後、ＰＷＭ＋がローになると、コイルＬ１には電流の変化を阻止する方向に誘導起電圧が生じる。この誘導起電圧はモータを駆動する２４Ｖ電源より優位となり、図９の点線の様に相電流Ｉは流れる（回生電流）。一方、相電流Ｉが負の期間Ｔ２において、ＰＷＭ＋がローであると、相電流Ｉは、図９の実線の様に流れ、その後、ＰＷＭ＋がハイになると、コイルＬ１に生じる誘導起電圧により、相電流Ｉは、点線の様に流れる。
Subsequently, the operation of the
モータを制御する制御部が、モータ駆動回路１００を適切に駆動するには相電流Ｉを検出する必要がある。相電流Ｉの検出場所としては、図８のＡ点、Ｂ点及びＣ点がある。ここで、Ａ点及びＢ点で電流を検出するには、２４Ｖという高電圧の入力が可能な電流検出部が必要となりコストが高くなる。一方、Ｃ点で検出する場合には、安価な部品で電流検出が可能となる。しかしながら、相電流Ｉの方向が正である期間Ｔ１において、ＰＷＭ＋がハイであると、電源端子からＱ１、コイルＬ１、Ｑ４の順に経由してＧＮＤに向かう電流が流れる。一方、相電流Ｉの方向が正である期間Ｔ１において、ＰＷＭ＋がローであると、ＧＮＤから、Ｑ３、コイルＬ１、Ｑ２の順に経由して電源端子に向かう電流が流れる。つまり、相電流Ｉの方向が正である期間Ｔ１において、Ｃ点には、ＧＮＤに向かう方向とＧＮＤからの方向の両方向の電流が流れる。相電流Ｉの方向が負の期間についても同様である。つまり、Ｃ点に検出抵抗を設け、その両端の電圧Ｖｓｎｓを取得すると図９に示す波形が得られるのみであり、相電流の方向を判定できない。
The control unit that controls the motor needs to detect the phase current I in order to properly drive the
このため、特許文献１は、Ｃ点の検出抵抗の電圧を差動アンプで増幅する際に、ＰＷＭ信号に同期して差動アンプに入力させる検出抵抗の電圧の極性を切り替える構成を開示している。 Therefore, Patent Document 1 discloses a configuration in which when the voltage of the detection resistor at point C is amplified by the differential amplifier, the polarity of the voltage of the detection resistor to be input to the differential amplifier in synchronization with the PWM signal is switched. There is.
図１０は、ＰＷＭ信号のハイ又はローの期間が非常に短い場合の各信号のタイミングチャートである。例えば、図１０の相電流が正の期間Ｔ１において、ＰＷＭ＋は、非常に短い期間Ｔｏｆｆ１だけローとなっている。この非常に短い期間Ｔｏｆｆ１において、ＰＷＭ＋はローであり、理想的にはＱ１及びＱ４はオフとなるが、現実にはＱ１及びＱ４はオン状態を保つ。これは、期間Ｔｏｆｆ１の間にＱ１及びＱ４のゲート電荷が十分に放電されず、よって、ゲートとソース間の電圧が閾値電圧より低くならないからである。したがって、図１０に示す様に、期間Ｔｏｆｆ１において電圧Ｖｓｎｓは正のままとなり、結果、特許文献１の構成における差動アンプへの入力は図１０に示す様に負となる。したがって、特許文献１の構成においても相電流Ｉを正しく検出することはできない。また、ＰＷＭ信号のハイ、ローの切り替わりで、Ｑ１〜Ｑ４のスイッチングノイズが発生し、検出した電流値に重畳する虞がある。この場合も、相電流Ｉを正しく検出できなくなる。 FIG. 10 is a timing chart of each signal when the high or low period of the PWM signal is very short. For example, in the period T1 in which the phase current in FIG. 10 is positive, PWM + is low by Toff1 for a very short period. In this very short period of time Toff1, PWM + is low, ideally Q1 and Q4 are off, but in reality Q1 and Q4 remain on. This is because the gate charges of Q1 and Q4 are not sufficiently discharged during the period Toff1, so that the voltage between the gate and the source does not become lower than the threshold voltage. Therefore, as shown in FIG. 10, the voltage Vsns remains positive during the period Toff1, and as a result, the input to the differential amplifier in the configuration of Patent Document 1 becomes negative as shown in FIG. Therefore, even in the configuration of Patent Document 1, the phase current I cannot be detected correctly. Further, when the PWM signal is switched between high and low, switching noise of Q1 to Q4 may be generated and superimposed on the detected current value. In this case as well, the phase current I cannot be detected correctly.
本発明は、精度良く駆動電流を検出してモータを駆動する技術を提供するものである。 The present invention provides a technique for driving a motor by detecting a drive current with high accuracy.
本発明の一側面によると、モータ駆動装置は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子を含み、モータの巻線に電流を供給する駆動回路と、前記駆動回路とグランドとの間を流れる電流を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段がサンプリングした値と前記モータに供給すべき駆動電流の目標値との差に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオン・オフするためのＰＷＭ信号であって、ハイレベル及びローレベルの一方である第１レベルの信号と前記ハイレベル及び前記ローレベルの他方である第２レベルの信号とを含む前記ＰＷＭ信号を生成して前記モータを制御する制御手段と、を有し、前記ＰＷＭ信号の１周期において前記ＰＷＭ信号が前記第１レベルである第１期間が第１所定期間より長い場合は、当該第１期間に含まれ、且つ、当該第１期間の開始タイミングとの時間差が所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられ、前記１周期中の前記第１期間が前記第１所定期間より短い場合は、当該第１期間における前記検出手段の検出結果は前記ＰＷＭ信号の生成に用いられず、当該１周期中において前記ＰＷＭ信号が前記第２レベルである第２期間に含まれ、且つ、当該第２期間の開始タイミングとの時間差が前記所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられ、前記第２期間の開始タイミングは、前記１周期中における前記第１期間の終了タイミングであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the motor drive device includes a plurality of bridge-connected switching elements to detect a drive circuit that supplies current to the windings of the motor and a current flowing between the drive circuit and ground. The plurality of detection means, the sampling means for sampling the value of the current detected by the detection means, and the plurality of detection means based on the difference between the value sampled by the sampling means and the target value of the drive current to be supplied to the motor. This is a PWM signal for turning on / off the switching element of the above, and includes a first level signal which is one of high level and low level and a second level signal which is the other of the high level and the low level. When the first period in which the PWM signal is at the first level is longer than the first predetermined period in one cycle of the PWM signal, the control means for generating the PWM signal and controlling the motor is provided. The detection result of the detection means at a timing included in the first period and the time difference from the start timing of the first period is larger than a predetermined time is used for generating the PWM signal, and the first period in the one cycle. When one period is shorter than the first predetermined period, the detection result of the detection means in the first period is not used for generating the PWM signal, and the PWM signal is at the second level in the one cycle. The detection result of the detection means at a timing included in the second period and the time difference from the start timing of the second period is larger than the predetermined time is used for generating the PWM signal, and the start timing of the second period is used. Is the end timing of the first period in the one cycle .
本発明によると、精度良く駆動電流を検出してモータを駆動することができる。 According to the present invention, the drive current can be detected with high accuracy to drive the motor.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are examples, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments. Further, in each of the following figures, components not necessary for the description of the embodiment will be omitted from the drawings.
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態によるモータ駆動装置１の構成図である。なお、モータ駆動装置１のモータ駆動回路１００の構成及び動作は、図８及び図９を用いて説明したのと同様であるため再度の説明は省略する。検出抵抗１１０は、モータ駆動回路１００とＧＮＤとの間を流れる電流を検出するために、モータ駆動回路１００のＱ３及びＱ４の結合点とＧＮＤとの間に設けられる。なお、検出抵抗１１０には、モータを駆動する駆動電流である相電流Ｉの振幅に応じた電圧Ｖｓｎｓが生じる。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１２０は、モータ制御部２１０からサンプリング要求があると、アナログ値である電圧Ｖｓｎｓをデジタル値に変換して出力する。モータ制御部２１０は、本実施形態ではＣＰＵ２００がプログラムを実行することで実現される。しかしながら、ハードウェア的に実現することもできる。さらに、以下に説明するモータ制御部２１０の一部の処理をＣＰＵ２００が実行し、残りの処理をハードウェア的に実現することもできる。目標電流生成部２１１は、コイルＬ１に流すべき相電流Ｉの目標値を目標電流信号として出力する。例えば、相電流Ｉを１アンペアとする場合、目標電流信号は、＋１アンペアの振幅を示す情報と−１アンペアの振幅を示す情報が、その周波数に応じて交互に変化する信号となる。検出電流生成部２１２は、Ａ／Ｄ変換部１２０からのサンプリング値と、ＰＷＭ生成部２１３が出力するＰＷＭ＋に基づき、相電流Ｉに対応する検出電流信号を生成する。なお、本実施形態ではＰＷＭ＋を検出電流生成部２１２に入力するが、ＰＷＭ＋とＰＷＭ−は互いに逆位相であるため、ＰＷＭ−を入力する構成であっても良い。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive device 1 according to the present embodiment. Since the configuration and operation of the
図１０を用いて説明した様に、電圧Ｖｓｎｓの極性は相電流Ｉの方向と一致しない。したがって、検出電流生成部２１２はＰＷＭ＋がローの場合、電圧Ｖｓｎｓの極性を反転させて検出電流信号を生成する。したがって、検出電流信号の極性は相電流Ｉの方向に応じたものとなる。
As described with reference to FIG. 10, the polarity of the voltage Vsns does not coincide with the direction of the phase current I. Therefore, when PWM + is low, the detection
増幅部２１４は、目標電流信号と検出電流信号との差分である誤差を増幅し、誤差電流信号としてＰＷＭ生成部２１３に出力する。増幅部２１４のゲインは、比例ゲイン及び積分ゲインの和である。ＰＷＭ生成部２１３は、誤差電流信号と所定周期の三角波搬送波とを比較することによってモータ駆動回路１００に出力するＰＷＭ＋及びＰＷＭ−を生成する。この様に、モータ制御部２１０は、検出抵抗１１０の電圧Ｖｓｎｓにより相電流を検出し、ＰＷＭ＋に基づきその極性を補正してフィードバック制御を行う。
The
続いて、モータ制御部２１０でのＰＷＭ信号の生成と、Ａ／Ｄ変換部１２０でのサンプリングとの関係について説明する。図２は、所定周波数の三角波搬送波（以下、単に、三角波と呼ぶ。）と、誤差電流信号と、ＰＷＭ＋と、モータ制御部２１０によるＡ／Ｄ変換部１２０の出力のサンプリングタイミングとの関係を示している。ＰＷＭ生成部２１３は、誤差電流信号を三角波と比較してＰＷＭ＋及びＰＷＭ−を生成する。より詳しくは、誤差電流信号の値（振幅）が三角波の値（振幅）以上であると、ＰＷＭ＋はハイレベルになり、それ以外において、ＰＷＭ＋はローレベルとなる。したがって、誤差電流信号が三角波の最大値以上のままであるとデューティ比は１００％となり、誤差電流信号が三角波の最小値より小さいままであるとデューティ比は０％となる。なお、デューティ比とはＰＷＭ＋の１周期に対するハイの期間の割合である。
Subsequently, the relationship between the generation of the PWM signal by the
本実施形態では、三角波の最小値より大きく最大値より小さい２つの閾値（閾値１及び閾値２）を設ける。ここで、閾値１は、閾値２より大きいものとする。例えば、閾値１は三角波の最大値の９５％であり、閾値２は三角波の最大値の５％とすることができる。モータ制御部２１０は、通常、三角波が最大となるタイミング及び最小となるタイミングでＡ／Ｄ変換部１２０の出力をサンプリングする。そして、検出電流生成部２１２は、このサンプリング値とＰＷＭ＋のハイ・ローに応じて検出電流信号を生成する。図２は、誤差電流信号が閾値１と閾値２の間にある場合のＰＷＭ＋と、サンプリングタイミングを示している。しかしながら、上述した様に、ＰＷＭ＋及びＰＷＭ−のハイや、ローの期間が非常に短いと、この短い期間において生成される検出電流信号の符号は、相電流Ｉの方向を正しく表さない。したがって、本実施形態では、誤差電流信号が以下の２つの条件のいずれかに適合する場合、サンプリングを行わない。まず、条件１は、誤差電流信号が閾値１以上であり、かつ、ＰＷＭ＋がローである場合である。条件２は、誤差電流信号が閾値２以下であり、かつ、ＰＷＭ＋がハイである場合である。この条件を満たす状態は、ＰＷＭ＋のハイレベルの期間が所定期間以下となる状態、或いは、ＰＷＭ＋のローレベルの期間が前記所定期間以下となる状態である。従って、ＰＷＭ＋のハイレベルの期間が所定期間以下となる場合は、該ハイレベルの期間内ではサンプリングは行われず、ＰＷＭ＋のローレベルの期間が所定期間以下となる場合は、該ローレベル期間内ではサンプリングは行われない。同様に、ＰＷＭ−のハイレベルの期間が所定期間以下となる場合は、該ハイレベルの期間内ではサンプリングは行われず、ＰＷＭ−のローレベルの期間が所定期間以下となる場合は、該ローレベル期間内ではサンプリングは行われない。
In the present embodiment, two threshold values (threshold value 1 and threshold value 2) that are larger than the minimum value of the triangular wave and smaller than the maximum value are provided. Here, it is assumed that the threshold value 1 is larger than the threshold value 2. For example, the threshold value 1 can be 95% of the maximum value of the triangular wave, and the threshold value 2 can be 5% of the maximum value of the triangular wave. The
図３（Ａ）は、誤差電流信号が条件１に適合する場合を示している。図３（Ａ）に示す様に、誤差電流信号が閾値１より高い場合、三角波が誤差電流信号以上となることによるＰＷＭ＋のロー期間は非常に短くなる。したがって、このときのサンプリング値による検出電流信号は、実際の相電流Ｉを正しく表していない。したがって、図３（Ａ）に示す様に、誤差電流信号が条件１に適合するとサンプリングを行わない。図３（Ｂ）は、誤差電流信号が条件２に適合する場合を示している。図３（Ｂ）に示す様に、誤差電流信号が閾値２より低い場合、三角波が誤差電流信号未満となることによるＰＷＭ＋のハイ期間は非常に短くなる。したがって、このときのサンプリング値による検出電流信号は、実際の相電流Ｉを正しく表していない。したがって、図３（Ｂ）に示す様に、誤差電流信号が条件２に適合するとサンプリングを行わない。なお、サンプリングタイミングにおいて、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合したとしても、その後、誤差電流信号が急激に変化すると、結果として、ハイ又はローの期間が長くなる場合もあり得る。しかしながら、誤差電流信号の変化は実際には緩やかであるため、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合していながら、結果としてハイ又はローの期間が長くなることは殆ど生じない。 FIG. 3A shows a case where the error current signal meets the condition 1. As shown in FIG. 3A, when the error current signal is higher than the threshold value 1, the low period of PWM + due to the triangular wave becoming equal to or larger than the error current signal becomes very short. Therefore, the detected current signal based on the sampling value at this time does not correctly represent the actual phase current I. Therefore, as shown in FIG. 3A, sampling is not performed when the error current signal meets the condition 1. FIG. 3B shows a case where the error current signal meets the condition 2. As shown in FIG. 3B, when the error current signal is lower than the threshold value 2, the high period of PWM + due to the triangular wave being less than the error current signal becomes very short. Therefore, the detected current signal based on the sampling value at this time does not correctly represent the actual phase current I. Therefore, as shown in FIG. 3B, sampling is not performed when the error current signal meets the condition 2. Even if the error current signal meets the condition 1 or the condition 2 at the sampling timing, if the error current signal changes abruptly thereafter, the high or low period may become long as a result. However, since the change of the error current signal is actually gradual, it is unlikely that the high or low period becomes long as a result while the error current signal meets the condition 1 or 2.
本実施形態では、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合するとサンプリングを行わないため、代わりに前回のサンプリングタイミングにおいて求めた検出電流信号の値を、今回のサンプリングタイミングにおける検出電流信号として使用する。なお、検出電流生成部２１２はサンプリングタイミングにおいて求めた検出電流信号の値を次のサンプリングタイミングまで記憶しておく。これによって、ＰＷＭ信号のハイ期間、ロー期間が非常に短い場合においても、Ｖｓｎｓに基づく電流検出結果と実際の相電流Ｉとの差を小さくして従来よりも高精度にモータ電流を検出することができる。その結果、安定したモータ電流制御が可能となる。
In the present embodiment, sampling is not performed when the error current signal meets condition 1 or condition 2. Therefore, instead, the value of the detection current signal obtained at the previous sampling timing is used as the detection current signal at the current sampling timing. .. The detection
図４は、各信号の関係を示すタイミングチャートである。モータ制御部２１０は、各サンプリングタイミングでＡ／Ｄ変換部１２０の出力、つまり電圧Ｖｓｎｓをデジタル値に変換した値をサンプリングする。その結果を（ｆ）サンプリング結果として示す。モータ制御部２１０は、ＰＷＭ＋のハイ／ローと、サンプリング結果を用いて、相電流Ｉの検出値である検出電流信号を生成する。具体的には、ＰＷＭ＋がハイのときはサンプリング値をそのまま出力し、ＰＷＭ＋がローであると、サンプリング値の極性を反転させて出力することで検出電流信号を生成する。
FIG. 4 is a timing chart showing the relationship between the signals. The
ただし、図４のＴｏｆｆ１及びＴｏｎ１の期間内におけるサンプリングタイミングでは、誤差電流信号は上述した条件に適合するためサンプリングは行わない。そして、検出電流生成部２１２は、サンプリングを行わなかったタイミングの１つ前のサンプリングタイミングにおいて出力した検出電流信号の値をそのまま出力する。これによって、ＰＷＭ信号のハイ期間、ロー期間が非常に短い場合であっても、Ｖｓｎｓに基づく相電流Ｉの検出結果と実際の相電流Iとの差を従来よりも低減することができる。
However, at the sampling timing within the periods of Toff1 and Ton1 in FIG. 4, the error current signal meets the above-mentioned conditions, so sampling is not performed. Then, the detection
図５は、本実施形態において、検出電流生成部２１２で行う検出電流信号の生成処理のフローチャートである。図５の処理は、所定のサンプリングタイミング、本実施形態では、三角波の振幅が最大及び最小となるタイミング毎に行う。Ｓ１０で、検出電流生成部２１２は、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合するか判定する。誤差電流信号がいずれの条件にも適合しないと、検出電流生成部２１２は、Ｓ１１で、Ａ／Ｄ変換部１２０の出力をサンプリングする。続いて、検出電流生成部２１２は、Ｓ１２で、Ｓ１１でサンプリングを行った時点のＰＷＭ＋がローであるか否かを判定する。ＰＷＭ＋がローであると、検出電流生成部２１２は、Ｓ１１で取得したサンプリング値の極性を反転させ、Ｓ１４で、反転後のサンプリング値に検出電流信号の値を更新する。一方、Ｓ１２でＰＷＭ＋がハイであると、検出電流生成部２１２は、Ｓ１４において、Ｓ１１で取得したサンプリング値に検出電流信号の値を更新する。さらに、Ｓ１０において、誤差電流信号がいずれかの条件に適合していると、検出電流生成部２１２は、検出電流信号の値を更新することなく処理を終了する。
FIG. 5 is a flowchart of the detection current signal generation process performed by the detection
以上、本実施形態においては、サンプリングタイミングにおいて誤差電流信号の値が所定の範囲内にないと、前回のサンプリングタイミングで求めた検出電流信号の値を、今回のサンプリングタイミングの値とする。一方、サンプリングタイミングにおいて誤差電流信号の値が所定の範囲内にあると、検出抵抗１１０を使用して検出した電流値に基づき検出電流信号の値を求める。なお、所定の範囲は、パルス信号であるＰＷＭ＋及びＰＷＭ−の論理（ハイ／ロー）が変化しない時間が所定時間より大きくなる様に決定しておく。なお、所定時間とは、モータ駆動回路１００のスイッチング素子であるＱ１〜Ｑ４が切り替わるのに必要な時間より大きい時間である。以上の構成により、相電流Ｉの値及び方向を正しく判定して、モータを安定して制御することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, if the value of the error current signal is not within the predetermined range at the sampling timing, the value of the detection current signal obtained at the previous sampling timing is used as the value of the current sampling timing. On the other hand, when the value of the error current signal is within a predetermined range at the sampling timing, the value of the detected current signal is obtained based on the current value detected by using the
＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態では、図５に示す様に、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合するとサンプリングを行わないものであった。本実施形態では、所定のタイミング、本実施形態では三角波の振幅が最大となるタイミング及び最小となるタイミングにおいて常にＡ／Ｄ変換部１２０の出力をサンプリングする。但し、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合している場合、そのサンプリング値による検出電流の更新は行わず、検出電流生成部２１２に記憶されている前回のサンプリングタイミングでの検出電流の値を維持する。
<Second embodiment>
Subsequently, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 5, sampling is not performed when the error current signal meets the condition 1 or the condition 2. In the present embodiment, the output of the A /
図６は、本実施形態において、検出電流生成部２１２で行う検出電流信号の生成処理のフローチャートである。Ｓ２０で、検出電流生成部２１２は、Ａ／Ｄ変換部１２０の出力をサンプリングし、Ｓ２１で、検出電流生成部２１２は、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合するか判定する。誤差電流信号がいずれの条件にも適合しないと、検出電流生成部２１２は、Ｓ２２で、Ｓ２０でサンプリングを行った時点のＰＷＭ＋がローであるか否かを判定する。ＰＷＭ＋がローであると、検出電流生成部２１２は、Ｓ２０で取得したサンプリング値の極性を反転させ、Ｓ２４で、反転後のサンプリング値に検出電流信号の値を更新する。一方、Ｓ２２でＰＷＭ＋がハイであると、検出電流生成部２１２は、Ｓ２４において、Ｓ２０で取得したサンプリング値に検出電流信号の値を更新する。さらに、Ｓ２１において、誤差電流信号がいずれかの条件に適合していると、検出電流生成部２１２は、検出電流信号の値を更新することなく処理を終了する。
FIG. 6 is a flowchart of the detection current signal generation process performed by the detection
＜第三実施形態＞
以下、第三実施形態について第一実施形態及び第二実施形態との相違点を中心に説明する。第一実施形態及び第二実施形態では、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合すると、前回のサンプリングタイミングでの検出電流信号の値を、今回のサンプリングタイミングにおける検出電流信号の値としていた。本実施形態では、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合すると、前回のサンプリングタイミングでの検出電流信号から、そのサンプリングタイミングにおける検出電流信号の値を予測して出力する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, the third embodiment will be described focusing on the differences between the first embodiment and the second embodiment. In the first embodiment and the second embodiment, when the error current signal meets the condition 1 or the condition 2, the value of the detected current signal at the previous sampling timing is used as the value of the detected current signal at the current sampling timing. In the present embodiment, when the error current signal meets the condition 1 or the condition 2, the value of the detected current signal at the sampling timing is predicted and output from the detected current signal at the previous sampling timing.
本実施形態において、モータ制御部２１０には、コイルＬ１のインダクタンス値を予め記憶させておく。例えば、時刻ｔ１がサンプリングタイミングであり、時刻ｔ２が時刻ｔ１の次のサンプリングタイミングであるものとする。また、サンプリング間隔、つまり、ｔ２−ｔ１をΔｔとし、コイルＬ１のインダクタンス値をＬとし、モータの電源電圧（図１の２４Ｖ）をＶとする。この場合、時刻ｔ１における相電流Ｉ１と、時刻ｔ２における相電流Ｉ２との差ΔＩは、ΔＩ＝（Ｖ×Δｔ）／Ｌと予測できる。したがって、時刻ｔ２において誤差電流信号が条件１又は条件２に適合する場合、時刻ｔ１における検出電流信号の値Ｉ１から、時刻ｔ２における検出電流信号の値Ｉ２を、Ｉ２＝Ｉ１＋（Ｖ×Δｔ）／Ｌと予測できる。なお、相電流Ｉ１は検出される毎に検出電流生成部２１２に記憶される。
In the present embodiment, the
図７は、本実施形態において、検出電流生成部２１２で行う検出電流信号の生成処理のフローチャートである。図７においては、Ｓ３０において、誤差電流信号が条件１又は条件２に適合すると、Ｓ３５において上述した様に検出電流信号の予測値を決定して、Ｓ３４で検出電流信号を更新する点で、図５に示す第一実施形態と相違する。なお、Ｓ３０において、誤差電流信号が条件１及び条件２に適合しない場合の処理は、第一実施形態と同様である。なお、図６に示す第二実施形態のＳ２１で誤差電流信号が条件１又は条件２に適合すると、検出電流信号の予測値を決定して更新する構成であっても良い。
FIG. 7 is a flowchart of the detection current signal generation process performed by the detection
以上、本実施形態では、サンプリングタイミングにおいて誤差電流信号の値が所定範囲内にないと、前回のサンプリングタイミングで求めた検出電流信号の値に基づき、今回のサンプリングタイミングにおける検出電流信号の予測値を決定する。この構成により、より精度良く相電流Ｉを判定することができ、よって、より精度良くモータを制御することができる。 As described above, in the present embodiment, if the value of the error current signal is not within the predetermined range at the sampling timing, the predicted value of the detected current signal at the current sampling timing is calculated based on the value of the detected current signal obtained at the previous sampling timing. decide. With this configuration, the phase current I can be determined more accurately, and therefore the motor can be controlled more accurately.
＜まとめ＞
以上、上記各実施形態では、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子であるＦＥＴを含むモータ駆動回路１００によりモータに供給される駆動電流を精度よく検出する構成が開示される。具体的には、モータ駆動回路１００とグランドとの間を流れる電流を検出するために検出抵抗１１０を、当該電流の検出部として設ける。そして、モータ制御部２１０は、サンプリングタイミングにおいて検出部の検出結果から駆動電流を求め、この求めた駆動電流と、モータに供給すべき駆動電流の目標値との差から誤差評価値（誤差電流信号）を求め、求めた誤差評価値に基づき、ＦＥＴをオン・オフするためのパルス信号を生成してモータを制御する。ここで、誤差評価値は、求めた駆動電流と、モータに供給すべき駆動電流の目標値との差を増幅した値であり、増幅ゲインは、例えば、ＰＩ制御における比例ゲイン及び積分ゲインの和として求められる。
<Summary>
As described above, in each of the above embodiments, a configuration is disclosed in which a drive current supplied to a motor by a
ここで、モータ制御部２１０は、パルス信号がハイレベルであり、且つパルス信号のハイレベルの幅が所定値より大きくなる場合は、パルス信号のハイレベルの期間で、検出抵抗１１０により検出する電流のサンプリングを行う。一方、モータ制御部２１０は、パルス信号がハイレベルであってもパルス信号のハイレベルの幅が所定値以下となる場合は、パルス信号のハイレベルの期間で検出抵抗１１０により検出する電流のサンプリングを行わない。言い換えると、モータ制御部２１０は、サンプリングタイミングにおいて誤差評価値が所定の範囲内にないと、当該サンプリングタイミングにおける駆動電流を、前回のサンプリングタイミングにおいて求めた駆動電流から求める。例えば、モータ制御部２１０は、当該サンプリングタイミングにおける駆動電流を、前回のサンプリングタイミングにおいて求めた駆動電流と同じ値とすることができる。また、モータ制御部２１０は、前回のサンプリングタイミングにおいて求めた駆動電流から、当該サンプリングタイミングにおける駆動電流の予測値を決定することもできる。この予測には、モータのインダクタンス値を使用する構成とすることができる。一方、モータ制御部２１０は、誤差評価値が所定の範囲内にあると、当該サンプリングタイミングにおける駆動電流を、当該サンプリングタイミングにおける検出部の検出結果から求める。
Here, when the pulse signal is at a high level and the width of the high level of the pulse signal is larger than a predetermined value, the
なお、モータ制御部２１０は、サンプリングタイミングにおいてパルス信号が第１の論理であると、検出部が検出する電流の方向に対応する方向に駆動電流が流れていると判定する。一方、モータ制御部２１０は、パルス信号が第１の論理とは異なる第２の論理であると、検出部が検出する電流の方向とは逆の方向に対応する方向に駆動電流が流れていると判定する。これは、図９を用いて説明した様に、検出部を流れる電流の方向と、駆動電流の方向との関係が、パルス信号がオン状態であるときとオフ状態であるときとで異なるからである。
If the pulse signal is the first logic at the sampling timing, the
なお、モータ制御部２１０は、誤差評価値と三角波との比較によりパルス信号を生成するが、前記所定の範囲は、パルス信号の論理が変化しない時間が所定時間より大きくなる様に求められる。さらに、当該所定時間は、ＦＥＴのオンとオフとが切り替わるのに必要な時間から求められる。これは、図１０を用いて説明した様に、パルス信号の論理が切り替わる時間間隔が所定時間より短いと、ＦＥＴがオン状態からオフ状態に切り替わらず、オン状態のままとなるからである。また、この場合、検出部の検出結果は、駆動電流を精度よく示すものではなく、よって、本実施形態では、誤差評価値が所定の範囲内にないと、そのときの検出部の検出結果を使用しない構成としている。これにより、精度よく駆動電流を検出し、安定したモータ制御が可能になる。
The
したがって、上記各実施形態は、モータ制御部２１０がサンプリングタイミングの前後におけるパルス信号の切り替わりの時間間隔が所定値より小さいか否かを判定する構成を開示している。そして、モータ制御部２１０は、パルス信号の切り替わりの時間間隔が所定値より小さいと判定すると、当該サンプリングタイミングにおける駆動電流を、前回のサンプリングタイミングにおいて求めた駆動電流から求める。上記各実施形態において、この判定は、サンプリングタイミングにおける誤差電流信号の値と閾値との比較により行う。つまり、サンプリングタイミングにおいて、誤差電流信号が閾値１以上であるか、閾値２以下であると、パルス信号の切り替わりの時間間隔が所定値より小さいと判定する。なお、誤差電流信号が閾値１以上又は閾値２以下であっても、結果としてパルス信号の切り替わりの時間間隔が所定値以上となることも生じるが、その発生確率は低く問題にはならない。
Therefore, each of the above embodiments discloses a configuration in which the
なお、上述したモータの電流の検出結果は、モータのベクトル制御等に利用される。例えば、モータ制御部２００は、上述した方法で取得したモータの巻線に流れる電流値に基づいてモータのロータ位置を決定し、決定した位置に応じて回転座標系における供給するべき駆動電流の値を決定する。
The motor current detection result described above is used for motor vector control and the like. For example, the
また、上記各実施形態によるモータ駆動装置は、シートに画像形成を行う画像形成装置におけるモータを駆動するために使用される。一例として、本実施形態によるモータ駆動装置が実装される画像形成装置について図１１を用いて説明する。画像形成装置は、単色画像を形成する画像形成装置であってもよいが、ここでは、複数色のトナー（現像剤）を用いて多色画像を形成する画像形成装置を想定する。画像形成装置は、例えば、印刷装置、プリンタ、複写機、複合機（ＭＦＰ）、及びファクシミリ装置のいずれであってもよい。画像形成装置は、イエロー（Ｙ）色、マゼンタ（Ｍ）色、シアン（Ｃ）色、及びブラック（Ｋ）色の４色のトナーを用いてトナー画像を形成する４つの画像形成ステーションを備えている。図１１では、Ｙ色のステーションの構成部品にのみ参照番号を付与しているが、４つのステーションはいずれも同一の構成を採用可能である。なお、各ステーションは、感光ドラム１１１や中間転写ベルト１１６等の像担持体にトナーを用いて画像を形成する画像形成部の一例である。
Further, the motor drive device according to each of the above embodiments is used to drive the motor in the image forming device that forms an image on the sheet. As an example, the image forming apparatus on which the motor driving apparatus according to the present embodiment is mounted will be described with reference to FIG. The image forming apparatus may be an image forming apparatus for forming a monochromatic image, but here, an image forming apparatus for forming a multicolor image using toners (developer) of a plurality of colors is assumed. The image forming apparatus may be, for example, any of a printing apparatus, a printer, a copying machine, a multifunction device (MFP), and a facsimile apparatus. The image forming apparatus includes four image forming stations for forming a toner image using four colors of toner, yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K). There is. In FIG. 11, reference numbers are assigned only to the components of the Y-color station, but all four stations can adopt the same configuration. Each station is an example of an image forming unit that forms an image on an image carrier such as a
一次帯電部１１２は、回転する感光ドラム１１１を一様に帯電させる。露光部１１３は、画像信号に基づいて変調したレーザ光（光ビーム）を出力し、感光ドラム１１１の表面をレーザ光で走査する。これにより、感光ドラム１１１上に静電潜像が形成される。現像部１１４は、トナーを用いて静電潜像を現像し、感光ドラム１１１上にトナー画像を形成する。一次転写ローラ１１７は、感光ドラム１１１上のトナー画像を中間転写ベルト１１６に一次転写する。中間転写ベルト１１６は、矢印Ｂの方向に回転している。中間転写ベルト１１６上のトナー画像は、中間転写ベルト１１６と二次転写ローラ１２３とによって形成された二次転写部へ搬送される。その間、各ステーションの感光ドラム１１１上に形成された各色のトナー画像が順に中間転写ベルト１１６上に重ね合わせて一次転写されることで、多色のトナー画像が中間転写ベルト１１６上に形成される。
The
給紙カセット（給紙部）１２４内のシートＰは、給紙ローラ（ピックアップローラ）１２１によってシート搬送路へ給紙される。シートＰは、記録紙、記録材、記録媒体、用紙、転写材、転写紙等と称されてもよい。シート搬送路へ給紙されたシートＰは、搬送ローラ１２２によって二次転写部へ搬送される。二次転写部において、中間転写ベルト１１６によって搬送されてきたトナー画像がシートＰに二次転写される。定着部１２５は、トナー画像に熱及び圧力を加えて、シートＰ上に定着させる。その後、トナー画像が定着したシートＰは排紙ローラ１２６によって排紙トレイ（排紙部）へ排紙される。なお、感光ドラム１１１及び中間転写ベルト１１６の表面に残留したトナーは、ドラムクリーナ１１５及びベルトクリーナ１１８によってそれぞれ除去（回収）される。
The sheet P in the paper feed cassette (paper feed unit) 124 is fed to the sheet transport path by the paper feed roller (pickup roller) 121. Sheet P may be referred to as recording paper, recording material, recording medium, paper, transfer material, transfer paper, or the like. The sheet P fed into the sheet transfer path is conveyed to the secondary transfer unit by the
このように、画像形成装置は、画像が形成されるシートの搬送用のローラとして、給紙ローラ１２１、搬送ローラ１２２、排紙ローラ１２６等のローラを備えている。これらのローラを駆動する駆動源に相当するモータは、画像形成装置内の上位の制御回路からの指示により、上記各実施形態のモータ駆動装置によって駆動される。また、感光ドラム１１１や、中間転写ベルト１１６を駆動するためのモータを、上記各実施形態によりモータ駆動装置によって駆動することができる。
As described above, the image forming apparatus includes rollers such as a
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
１００：モータ駆動回路、１１０：検出抵抗、２１０：モータ制御部 100: Motor drive circuit, 110: Detection resistance, 210: Motor control unit
Claims (13)
前記駆動回路とグランドとの間を流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段がサンプリングした値と前記モータに供給すべき駆動電流の目標値との差に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオン・オフするためのＰＷＭ信号であって、ハイレベル及びローレベルの一方である第１レベルの信号と前記ハイレベル及び前記ローレベルの他方である第２レベルの信号とを含む前記ＰＷＭ信号を生成して前記モータを制御する制御手段と、
を有し、
前記ＰＷＭ信号の１周期において前記ＰＷＭ信号が前記第１レベルである第１期間が第１所定期間より長い場合は、当該第１期間に含まれ、且つ、当該第１期間の開始タイミングとの時間差が所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられ、前記１周期中の前記第１期間が前記第１所定期間より短い場合は、当該第１期間における前記検出手段の検出結果は前記ＰＷＭ信号の生成に用いられず、当該１周期中において前記ＰＷＭ信号が前記第２レベルである第２期間に含まれ、且つ、当該第２期間の開始タイミングとの時間差が前記所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられ、
前記第２期間の開始タイミングは、前記１周期中における前記第１期間の終了タイミングであることを特徴とするモータ駆動装置。 A drive circuit that includes multiple bridged switching elements and supplies current to the motor windings.
A detection means for detecting the current flowing between the drive circuit and the ground,
A sampling means that samples the value of the current detected by the detection means, and
A PWM signal for turning on / off the plurality of switching elements based on the difference between the value sampled by the sampling means and the target value of the drive current to be supplied to the motor, which is a high level or low level PWM signal. A control means for controlling the motor by generating the PWM signal including a first level signal on the one hand and a second level signal on the other side of the high level and the low level.
Have,
When the first period in which the PWM signal is at the first level is longer than the first predetermined period in one cycle of the PWM signal, it is included in the first period and the time difference from the start timing of the first period. When the detection result of the detection means at a timing greater than the predetermined time is used to generate the PWM signal and the first period in the one cycle is shorter than the first predetermined period, the detection in the first period The detection result of the means is not used for generating the PWM signal, the PWM signal is included in the second period which is the second level in the one cycle, and the time difference from the start timing of the second period is The detection result of the detection means at a timing larger than the predetermined time is used to generate the PWM signal.
A motor driving device , wherein the start timing of the second period is the end timing of the first period in the one cycle .
前記１周期中の前記第２期間が前記第２所定期間より短い場合は、当該第２期間における前記検出手段の検出結果は前記ＰＷＭ信号の生成に用いられないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。 When the second period in the one cycle is longer than the second predetermined period, the detection means is included in the second period and the time difference from the start timing of the second period is larger than the predetermined time. The detection result of is used to generate the PWM signal,
If the second period of the one cycle is shorter than the second predetermined time period, to claim 1 detection result of said detecting means in the second period is characterized by not used to generate the PWM signal The motor driving device according to any one of 3 .
前記駆動回路とグランドとの間を流れる電流を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された電流の値をサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段がサンプリングした値と前記モータに供給すべき駆動電流の目標値との差に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオン・オフするためのＰＷＭ信号であって、ハイレベル及びローレベルの一方である第１レベルの信号と前記ハイレベル及び前記ローレベルの他方である第２レベルの信号とを含む前記ＰＷＭ信号を生成して前記モータを制御する制御手段と、
を有し、
前記ＰＷＭ信号が前記第１レベルである第１期間の、前記ＰＷＭ信号の１周期に対する割合を表すデューティ比が所定の比より大きい場合は、当該第１期間に含まれ、且つ、当該第１期間の開始タイミングとの時間差が所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられ、
前記デューティ比が前記所定の比より小さい場合は、当該第１期間における前記検出手段の検出結果は前記ＰＷＭ信号の生成に用いられず、当該１周期中において前記ＰＷＭ信号が前記第２レベルである第２期間に含まれ、且つ、当該第２期間の開始タイミングとの時間差が前記所定時間より大きいタイミングにおける前記検出手段の検出結果が前記ＰＷＭ信号の生成に用いられることを特徴とするモータ駆動装置。 A drive circuit that includes multiple bridged switching elements and supplies current to the motor windings.
A detection means for detecting the current flowing between the drive circuit and the ground,
A sampling means that samples the value of the current detected by the detection means, and
A PWM signal for turning on / off the plurality of switching elements based on the difference between the value sampled by the sampling means and the target value of the drive current to be supplied to the motor, which is a high level or low level PWM signal. A control means for controlling the motor by generating the PWM signal including a first level signal on the one hand and a second level signal on the other side of the high level and the low level.
Have,
When the duty ratio representing the ratio of the PWM signal to one cycle in the first period at which the PWM signal is the first level is larger than a predetermined ratio, it is included in the first period and is included in the first period. The detection result of the detection means at a timing when the time difference from the start timing of is larger than a predetermined time is used to generate the PWM signal.
When the duty ratio is smaller than the predetermined ratio, the detection result of the detection means in the first period is not used for generating the PWM signal, and the PWM signal is at the second level in the one cycle. A motor drive device included in the second period, and the detection result of the detection means at a timing when the time difference from the start timing of the second period is larger than the predetermined time is used for generating the PWM signal. ..
第１のスイッチング素子の一端及び第２のスイッチング素子の一端が電源に接続されており、One end of the first switching element and one end of the second switching element are connected to the power supply.
前記第１のスイッチング素子の他端に第３のスイッチング素子の一端が直列に接続されており、One end of the third switching element is connected in series to the other end of the first switching element.
前記第２のスイッチング素子の他端に第４のスイッチング素子の一端が直列に接続されており、One end of the fourth switching element is connected in series to the other end of the second switching element.
前記第３のスイッチング素子の他端と前記第４のスイッチング素子の他端とに前記検出手段としての抵抗器が接続されており、A resistor as the detection means is connected to the other end of the third switching element and the other end of the fourth switching element.
前記抵抗器は接地されており、The resistor is grounded
前記モータの巻線は、一端が前記第１のスイッチング素子と第３のスイッチング素子とを繋ぐ導線に接続され、他端が前記第２のスイッチング素子と第４のスイッチング素子とを繋ぐ導線に接続された回路であり、One end of the winding of the motor is connected to a lead wire connecting the first switching element and the third switching element, and the other end is connected to a lead wire connecting the second switching element and the fourth switching element. It is a circuit that has been
前記制御手段によって生成されたＰＷＭ信号は、前記第１のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子へ供給され、The PWM signal generated by the control means is supplied to the first switching element and the fourth switching element.
前記制御手段によって生成されたＰＷＭ信号とは逆位相であるＰＷＭ信号が、前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子へ供給されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。Any one of claims 1 to 10, wherein a PWM signal having a phase opposite to that of the PWM signal generated by the control means is supplied to the second switching element and the third switching element. The motor drive according to the section.
記録媒体に画像を形成する画像形成部と、
を有する画像形成装置であって、
前記モータ駆動装置は、前記画像形成装置に設けられた負荷を駆動するモータを制御することを特徴とする画像形成装置。 The motor drive device according to any one of claims 1 to 11 .
An image forming unit that forms an image on a recording medium,
It is an image forming apparatus having
The motor driving device is an image forming device characterized by controlling a motor for driving a load provided in the image forming device.
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