JP7419755B2 - 駆動回路 - Google Patents

Description

この発明は、駆動回路に関する。

ステッピングモーターを回転動作させる駆動回路がある。ステッピングモーターは、ステーターに対して所定の向きの電流を生じさせることで磁場を発生させ、ローターの磁場との対応関係に応じてローターを回転動作させる。ステーターには、ローターに対して２箇所以上に設けられているものがある。また、ステーターには、電流の向きを反転させて反対極性の磁場を生じさせることができるものがある。

回転トルクは、磁場の強さと発生時間によることから、これら、特に磁場の強さに応じた電流の強さ（印加電圧）を制御する機構がある。特許文献１では、３相のステッピングモーターの動作電流をそれぞれ監視しながら動作タイミングを調整する技術が示されている。

特開２０１４－７９０３５号公報

このような駆動回路に対する供給電圧の異常及びこれに応じた過剰な電流は、ヒューズなどの安全機構や各部を即座に損傷せずとも劣化させる要因になり、短期間での駆動回路の交換といった手間や費用の増大につながる。これまで、このような供給電圧に係る小規模かつ短時間の異常を動作状況によらず速やかに検出して制御することができていないという課題がある。

この発明の目的は、動作状況によらずにより速やかかつ容易に供給電圧の異常に応じて動作を制御することのできる駆動回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
ステッピングモーターのモーターコイルの第１端及び第２端にそれぞれ接続されて当該モーターコイルの電流経路となる第１配線及び第２配線と、
前記第１端及び前記第２端における電圧を計測する計測部と、
前記第１配線及び前記第２配線における通電の可否を切り替える切替部と、
検出部と、
を備え、
前記切替部は、計測された前記第１端及び前記第２端における各電圧の所定の重み付け平均に基づいて供給電圧を測定することで前記通電を全て禁止するか否かの切り替えを行い、
前記検出部は、
第３端が接地された第１抵抗素子と、
前記第１配線に一端が接続され、前記第１抵抗素子の前記第３端とは反対側の第４端に他端が接続された第２抵抗素子と、
前記第２配線に一端が接続され、前記第４端に他端が接続された第３抵抗素子と、
を有し、
前記計測部は、前記検出部における前記第４端の電圧を計測する
ことを特徴とする駆動回路である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の駆動回路において、
前記切替部は、前記第４端の電圧が所定の第１判定電圧未満の場合に前記通電を禁止することを特徴とする。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の駆動回路において、
前記切替部は、前記通電を全て禁止している間に、前記第４端の電圧が所定の基準期間以上続けて前記第１判定電圧以上となった場合には、前記通電を可能とすることを特徴とする。

また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の駆動回路において、
前記切替部は、前記通電を全て禁止している間に前記第４端の電圧が前記第１判定電圧より高い第２判定電圧以上となった場合には、前記通電を可能とすることを特徴とする。

また、請求項５記載の発明は、請求項１～４のいずれか一項に記載の駆動回路において、
所定の設定時間を計数してタイミング信号を生成するタイミング設定部を備え、
前記切替部は、前記タイミング信号に同期して前記通電の可否の切り替えを行い、
前記計測部は、前記タイミング信号に基づいて前記計測の結果を前記切替部に出力する
ことを特徴とする。

また、請求項６記載の発明は、請求項１～５のいずれか一項に記載の駆動回路において、
前記検出部は、前記第１抵抗素子と並列に、前記第４端と接地面とをつなぐキャパシターを備えることを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、請求項１～６のいずれか一項に記載の駆動回路において、
前記検出部は、アノードが前記第４端に接続され、カソードが定電圧部に接続されたダイオードを備え、
前記定電圧部の電圧は、前記計測部の動作に係る所定の基準電圧以下である
ことを特徴とする。

また、請求項８記載の発明は、請求項１～７のいずれか一項に記載の駆動回路において、
前記計測部の計測結果に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御部を備えることを特徴とする。

本発明に従うと、動作状況によらずにより速やかかつ容易に供給電圧の異常に応じて動作を制御することができるという効果がある。

本実施形態の駆動回路の構成を説明する図である。 切替素子の状態に応じた電流の流れについて説明する図である。 ＰＷＭ動作時における切替素子の切り替えと、検出部における電流及び電圧の変化状況とを模式的に示す図である。 ＰＷＭ動作中に供給電圧の供給が遮断された場合の動作を説明する図である。 切替部の処理内容と手順を示す図である。 励磁可否判定部が実行する励磁可否判定処理の制御手順を示すフローチャートである。 変形例の励磁可否判定部を含む切替部の処理を示す図である。 変形例の検出部の構成を示す図である。 監視電圧の変化ついて説明する図である。 励磁可否判定処理の制御手順の変形例を示すフローチャートである。 励磁可否判定処理の制御手順の他の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の駆動回路１の構成を説明する図である。

駆動回路１は、ここでは、二相ユニポーラーのステッピングモーターＭに対する駆動電圧の印加可否を各々定める。すなわち、ステッピングモーターＭでは、コイルＭＡ（モーターコイル）とコイルＭＢとがローターに対して９０度異なる向きに位置し、ステッピングモーターＭ（ステーター）のコイルＭＡにおけるＡ相及びＡＢ相の中点と、コイルＭＢにおけるＢ相及びＢＢ相の中点とは、いずれもヒューズＦを介して供給電圧Ｖｐに接続されている。

駆動回路１は、一端がコイルＭＡのＡ相の端（第１端）に接続されて当該Ａ相への駆動電圧供給（印加）有無を切り替える切替素子Ｓ１と、一端がＡＢ相の端（第２端）に接続されて当該ＡＢ相への駆動電圧供給有無を切り替える切替素子Ｓ２と、一端がコイルＭＢのＢ相の端に接続されて当該Ｂ相への駆動電圧供給有無を切り替える切替素子Ｓ３と、一端がＢＢ相の端に接続されて当該ＢＢ相への駆動電圧供給有無を切り替える切替素子Ｓ４と、増幅部Ａ１、Ａ２と、制御基板１０と、検出部２０と、計測部３０などを備える。

切替素子Ｓ１、Ｓ２は、上記一端と反対の他端がシャント抵抗ＲＳ１を介して接地され、切替素子Ｓ３、Ｓ４は、上記一端と反対の他端がシャント抵抗ＲＳ２を介して接地されている。切替素子Ｓ１～Ｓ４は、例えば、それぞれＦＥＴ（パワーＭＯＳＦＥＴ）であり、切替部１１からの駆動信号（ゲート端子への入力）に応じてそれぞれ通電の有無が切り替わる。供給電圧Ｖｐと接地面との間で各相部分を介して電流が流れることでコイルＭＡ、ＭＢに磁場が生じる。通常動作では、切替素子Ｓ１、Ｓ２が同時にオン（閉止、通電状態）とはならず、また、切替素子Ｓ３、Ｓ４が同時にオンとはならない。
Ａ相の端から切替素子Ｓ１、シャント抵抗ＲＳ１を介して接地面につながる電流経路（経路Ｒ１（図２参照））が第１配線であり、ＡＢ相の端から切替素子Ｓ２、シャント抵抗ＲＳ１を介して接地面につながる電流経路（経路Ｒ２（図２参照））が第２配線である。

切替素子Ｓ１、Ｓ２とシャント抵抗ＲＳ１との間の電圧は、増幅部Ａ１により増幅されたのち、制御基板１０に入力される。切替素子Ｓ３、Ｓ４とシャント抵抗ＲＳ２との間の電圧は、増幅部Ａ２により増幅された後、制御基板１０に入力される。

検出部２０は、コイルＭＡのＡ相及びＡＢ相のそれぞれにおける供給電圧Ｖｐとの接続側とは反対側の電圧、すなわち、上記第１端の電圧及び第２端の電圧の間の所定の重み付け平均を検出するための構成である。検出部２０の具体的な構成については後述する。

計測部３０は、検出部２０から出力される監視電圧を計測して、計測結果に応じた信号を制御基板１０に出力する。計測部３０は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部を有し、適宜な時間間隔で電圧値をデジタルデータに変換して取得する。

制御基板１０は、切替素子Ｓ１～Ｓ４の駆動信号を出力する。制御基板１０は、切替部１１と、切替設定部１２と、タイミング設定部１３と、比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２などを有する。

切替設定部１２は、切替部１１による切替素子Ｓ１～Ｓ４の切り替えタイミングに係る設定を行い、また、設定に応じた信号を出力する。切替設定部１２には、動作モード信号ＭＯＤ、回転方向指定信号ＤＩＲ及び切替部１１が低電圧を検出するための判定電圧の設定に係る基準信号ＲＥＦが入力され、ステッピングモーターＭの励磁方式の設定（ここでは、２相方式）や回転方向などの情報が取得される。切替設定部１２は、これらの情報に応じて各コイルＭＡ、ＭＢの各相への電圧印加順（電流を流す順）を定め、回転速度に応じたタイミングごとに制御信号を切替部１１に出力する。

また、切替設定部１２は、ステッピングモーターＭの回転動作に必要な磁場（励磁）の大きさに応じた所定の出力電流を得るために、供給電圧の印加有無を細かく切り替えるタイミングに係る設定として、図示略のＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器によりアナログ信号に変化された基準電圧を比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２に出力する。比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２では、それぞれコイルＭＡ、ＭＢとつながっているシャント抵抗ＲＳ１、ＲＳ２の接地側とは反対側の電圧と上記基準電圧とが比較されて、比較結果が切替部１１にそれぞれ出力される。

タイミング設定部１３は、所定の設定時間を計数してタイミング信号を生成し、切替部１１と制御基板１０外の計測部３０とにタイミング信号を出力する。このタイミング信号に基づいて、計測部３０による計測タイミングと切替部１１の動作タイミングとが同期される。なお、タイミング信号の周波数は、駆動回路１の動作状況に応じて切り替えられてもよい。例えば、ステッピングモーターＭの回転動作が停止して所定時間経過した場合などには、通常よりもタイミング信号の出力周波数が低下してもよい。

切替部１１は、例えば、ＣＰＵ１１１（制御部、ハードウェアプロセッサー）を備え、切替素子Ｓ１～Ｓ４への駆動信号を設定して出力し、コイルＭＡ、ＭＢへの通電の可否（有無）を切り替える。切替部１１には、上述の計測部３０による計測結果、比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２による比較結果、タイミング設定部１３によるタイミング信号に加えて、外部から切替許可信号ＥＮＡが入力され、これらに基づいて通電の可否が判定される。切替許可信号ＥＮＡは、回転動作の待機中や回転動作を中止する必要がある状況（例えば、ステッピングモーターＭやその動作対象などを収納する筐体のメンテナンス用扉が動作中に異常開放された場合など）などにおいて、オフ（切替素子Ｓ１～Ｓ４のオン禁止、励磁禁止）に定められる信号である。切替許可信号ＥＮＡがオフの場合には、その他の信号にかかわらず切替素子Ｓ１～Ｓ４をオンとすることが全て禁止されて、オフ状態が保たれる。切替許可信号ＥＮＡがオンの場合には、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンが許可（励磁許可）される。

上記の駆動回路１の各部の動作は、図示略の制御系電源から入力された動作電圧でなされる。この動作電圧は、例えば、３．３Ｖなどであり、供給電圧Ｖｐ、例えば、２４Ｖや３６Ｖなどよりも低い。

次に、励磁動作及び検出部２０について説明する。
ユニポーラー型のステッピングモーターＭでは、Ａ相、Ｂ相、ＡＢ相、ＢＢ相の順に電圧を印加して電流を流すことで、ローターを回転させていくことができる。また、コイルＭＡとコイルＭＢとには同時に電圧が印加されてよく、例えば、ここではＡ相＋Ｂ相、Ｂ相＋ＡＢ相、ＡＢ相＋ＢＢ相、ＢＢ相＋Ａ相の順で電圧が印加されて（通電のパターンを切り替えて）ローターを回転させる。各相への電圧印加有無は、上述のように切替素子Ｓ１～Ｓ４により行われる。

図２は、切替素子の状態に応じた電流の流れ及び検出部２０について説明する図である。ここでは、コイルＭＡについて説明する。選択された切替素子Ｓ１、Ｓ２のうち１つをオンさせる動作を行うと（例えば、切替素子Ｓ１）、オンされた切替素子及び対応する相のコイル（Ａ相）を経由して供給電圧Ｖｐ（他方のコイルＭＢへの電力供給路と分岐する点ｎ４）と接地面の間に電流が流れる（経路Ｒ１）。オン状態が継続すると、経路Ｒ１の電流が漸増していく。この間、Ａ相の供給電圧Ｖｐとの接続側（点ｎ４）とは反対側の点ｎ１の電圧は、ほぼ０Ｖまで低下する。これに対し、Ａ相と逆結合のＡＢ相は低下分の電圧の上昇が生じて、点ｎ２において電圧が２Ｖｐに上昇する。

経路Ｒ１の電流が基準値を超えると、切替許可信号ＥＮＡがオンのまま切替素子Ｓ１がオフに切り替わる。これにより経路Ｒ１の電流が遮断され、ＡＢ相側に切替素子Ｓ２のボディダイオードＳ２Ｄを介して接地面と供給電圧Ｖｐ（点ｎ４）とをつなぐ経路Ｒ２では、経路Ｒ１がオンの間に流れていた電流値と同程度の大きさの回生電流が生じる。これにより、ＡＢ相側の点ｎ２の電圧は、０Ｖ付近（＜０）に低下し、反対にＡ相側の点ｎ１の電圧が２Ｖｐに上昇する。この回生電流は時間経過とともに漸減する（供給電圧Ｖｐから接地面への向きの電流を正とする符号付き電流値としては漸増）。その後、切替素子Ｓ１のオフが解除されてオンに戻される。すなわち、経路Ｒ１の電流と経路Ｒ２の電流とが合流する点ｎ５の電流は、切替素子Ｓ１のオンオフに応じて、切替素子Ｓ１をオフに切り替える基準電流値Ｉｔｈ（図３参照）程度の大きさ（絶対値）で交互に正負反転する。なお、切替素子Ｓ１をオフした期間にボディダイオードＳ２Ｄを介して電流を流す代わりに、切替素子Ｓ２をオンして（同期整流）電流を流すこととしてもよい。

切替素子Ｓ２の動作時には、上記切替素子Ｓ１の動作時と電圧及び電流が反転する。すなわち、コイルＭＡに所望の磁場（上記切替素子Ｓ１の動作時と逆向き）を生じさせる期間のうち一部でのみ切替素子Ｓ２がオンされ、当該切替素子Ｓ２及びボディダイオードＳ１Ｄに電流が流れて、所望の磁場が得られることになる。コイルＭＢについても同様に、切替素子Ｓ３、切替素子Ｓ４を動作させことができる。また、切替素子Ｓ１、Ｓ２のいずれもオフの待機時には、経路Ｒ１、Ｒ２ともに電流が流れず、点ｎ１、ｎ２はいずれも供給電圧Ｖｐとなる。このように、点ｎ１、ｎ２の電圧の平均値は、常にほぼ供給電圧と等しくなるので（実際には、若干の差があってよい）、この平均電圧を計測することで、動作状況によらず供給電圧を計測することができる。

検出部２０は、点ｎ１（第１配線の点、第１端の電圧の計測点）に一端が接続された第２抵抗素子Ｒ２２と、点ｎ２（第２配線の点、第２端の電圧の計測点）に一端が接続された第３抵抗素子Ｒ２３とを有し、これらのそれぞれ他端同士が接続されて、当該接続点（後述の第４端）の電圧が監視電圧として計測部３０に出力されている。ただし、供給電圧Ｖｐは、制御基板１０の動作電圧よりもはるかに高いので、ここでは、一端（第４端）が点ｎ３（第２抵抗素子Ｒ２２の他端及び第３抵抗素子Ｒ２３の他端）に接続され、他端（第３端）が接地された第１抵抗素子Ｒ２１を更に設けることにより第２抵抗素子Ｒ２２及び第３抵抗素子Ｒ２３の合成抵抗と、第１抵抗素子Ｒ２１の抵抗値との比（分圧比）に応じた分圧を計測部３０に出力する。合成抵抗を第１抵抗素子Ｒ２１の抵抗値よりも十分に大きく定めることで、監視電圧は、供給電圧が所定の係数ａ倍（ａ＜１）されて、制御基板１０の動作電圧以下に低減される。また、第２抵抗素子Ｒ２２及び第３抵抗素子Ｒ２３の抵抗値がシャント抵抗ＲＳ１の抵抗値よりも十分に大きいので、点ｎ１、ｎ２と点ｎ３との間を流れる電流は微小となる。

図３は、ＰＷＭ動作時における切替素子の切り替えと、検出部２０における電流及び電圧の変化状況とを模式的に示す図である。

図３（ａ）に示すように切替素子Ｓ２がオフされ、切替素子Ｓ１のオンオフ（開閉）が短い周期で切り替えられている（ＰＷＭ制御；Pulse Width Modulation）期間では、図３（ｂ）に示すように、点ｎ１、ｎ２の電圧は、交互かつ相反して０Ｖ程度と２Ｖｐの間で変化する。これに伴って、図３（ｃ）に示すように、点ｎ３の電圧は、供給電圧Ｖｐに対応する値ａＶｐ（係数ａは上述の係数）程度の値が保たれる。なお、実際には、点ｎ１と点ｎ２の電圧の若干の差異、第２抵抗素子Ｒ２２と第３抵抗素子Ｒ２３の抵抗値のずれ、及び切替素子Ｓ１、Ｓ２のオフ動作に伴う逆起電力の影響などで、多少の変動が生じる。このときの点ｎ５の電流は、切替素子Ｓ１のオンオフが交互に切り替えられる間に、それぞれ電流値±Ｉｔｈに漸近するように流れる（図３（ｄ））。ＣＰＵ１１１による各切替素子Ｓ１～Ｓ４の動作（通電可否の切り替え）、ここでは、通電をオンする動作は、所定の時間間隔で定期的に行われてよい。ここでは、タイミング設定部１３が計数する設定時間を上記所定の時間間隔として、タイミング設定部１３から出力されるタイミング信号の取得に同期してオフ状態の切替素子がオンされる。

このようなＰＷＭ動作途中で供給電圧Ｖｐの電力供給が停止されたり、再開されたりした場合、コイルＭＡ、ＭＢに印加される電圧は、即座に増減せず、実際には、若干の過渡期間を含んで漸減及び漸増する。印加電圧が小さくなると、これに応じて経路Ｒ１、Ｒ２を流れる電流も小さくなり、点ｎ１、ｎ２の電圧も低下するので、この電圧が基準値以上小さくなると、ＰＷＭ動作において切替素子Ｓ１（Ｓ２）がオフとならずにオン状態が継続されることになる。

図４は、ＰＷＭ動作中に供給電圧Ｖｐの供給が遮断された場合の動作を説明する図である。
供給電圧Ｖｐの電力供給が停止されたり、駆動回路１の動作が開始されてから供給電圧Ｖｐからの電圧供給が開始されたりすると、供給電圧は、供給電圧の供給装置の特性や、電流回路内の寄生容量などの影響を受けて、過渡期を伴って低下又は上昇する。例えば、切替素子Ｓ１がオンされている場合、電力供給の停止後、図４（ａ）に示す電圧の低下に伴って、図４（ｂ）に示す点ｎ５（すなわち、経路Ｒ１及びＲ２）を流れる電流が漸減する。上記のようにＰＷＭ制御を電流値（電流値に対応する点ｎ１、ｎ２、すなわちシャント抵抗ＲＳ１の電圧値）により行う場合、制御中に駆動電圧が小さくなっていくと、切替素子Ｓ１がオフされる時間が短くなってゆき、タイミングｔｄにおいて基準電圧Ｖｔｈ以下となると、電流値が切替の基準電流値Ｉｔｈに到達せずに切替素子Ｓ１がオフされず、連続的に電流が流れることになる。

上述のように、供給電圧Ｖｐ（点ｎ４）と接地面との間で流れる電流の大きさは、所望の磁場を生成するのに必要な電流値よりも小さくなる。ここでは、ステッピングモーターＭの回転動作において、コイルＭＡに係る一方の切替素子とコイルＭＢに係る一方の切替素子とを同時に動作させるので、供給電圧Ｖｐから点ｎ４に流れる駆動電流は、この電流値の２倍以下となる。しかしながら、供給電圧が低下すると、上述のように切替素子Ｓ１（及びＳ３又はＳ４）がオフされる時間が短くなるので、流れる駆動電流が大きくなり、切替素子Ｓ１がオフしなくなった段階では、基準電流値Ｉｔｈの２倍程度の電流が流れる。その後、更に供給電圧が低下すると、駆動電流も併せて減少していく（図４（ｃ））。

このとき、特に、切替素子Ｓ１がオフしなくなってからしばらくの期間では、通常想定される電流の上限値Ｉｕよりも大きい電流が長時間（例えば、数ｍｓｅｃ）継続して流れることになり、ヒューズＦが断線したり、断線しないとしても大きな負担がかかって劣化したりする。このような状況を避けるために、本実施形態の駆動回路１では、検出部２０の出力する監視電圧に基づく計測部３０の計測結果から、基準（第１基準値）以下の低電圧が供給されていると判別された場合には、ＰＷＭ動作を強制的に停止させて、切替素子Ｓ１～Ｓ４をオフ（通電、励磁を全て禁止）させる。第１基準値は、基準電圧Ｖｔｈよりも十分に高い電圧であってもよい。

ＣＰＵ１１１は、タイミング信号に基づいてオフ状態の切替素子の通電がオンされるタイミングから若干遅れて（このタイミングに基づいて）、計測部３０から出力された計測結果を取得し、判定動作を行う。なお、計測部３０が上記若干の遅れ時間よりも十分に短い時間間隔で計測結果を出力可能な場合には、計測部３０は、タイミング信号に応じたタイミングで出力をおこなわなくてもよく、計測部３０は、出力可能な時間間隔で随時計測結果を出力し、ＣＰＵ１１１がタイミング信号に基づくタイミングで判定及び切替素子Ｓ１～Ｓ４の設定動作を行えばよい。

図５は、切替部１１の処理内容と手順を示す図である。
励磁可否判定部１０１は、切替許可信号ＥＮＡ及び計測部３０から得られた監視電圧に基づいて、切替素子Ｓ１～Ｓ４をオンさせてよい（励磁してよい）か否かを判定する。切替許可信号ＥＮＡがオフの場合には、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを禁止する信号が励磁切替駆動部１０２に出力される。また、上述のように、供給電圧が低く、監視電圧が第１基準値に対応する判定電圧（第１判定電圧）の値よりも低くなった場合にも、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオン（通電）を全て禁止する信号が励磁切替駆動部１０２に出力される。切替許可信号ＥＮＡがオンかつ監視電圧が判定電圧以上である場合には、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを許可する信号が励磁切替駆動部１０２に出力される。判定電圧は、切替設定部１２が基準信号ＲＥＦなどに基づいて定められる。基準信号ＲＥＦには、直接判定電圧の値に係る情報が含まれていてもよいし、切替設定部１２が予め判定電圧の設定データを保持し、基準信号ＲＥＦと設定データとを参照して適切な判定電圧を設定してもよい。

励磁切替駆動部１０２では、励磁可否判定部１０１から許可信号が入力されている場合に、切替設定部１２の切替タイミング信号と、比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２の入力信号に基づいて、切替素子Ｓ１～Ｓ４のいずれをオンさせるかを判定して、切替素子Ｓ１～Ｓ４にオン信号又はオフ信号を出力する。切替タイミング信号は、ステッピングモーターＭのローターを回転させるために、回転速度に応じて所定の時間間隔で順次オンさせる切替素子Ｓ１～Ｓ４を切り替えるための信号である。

比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２の信号は、それぞれ、コイルＭＡ、ＭＢに流れる電流が基準電流値Ｉｔｈを超えているか否かを判別する。上述のように、切替素子Ｓ１～Ｓ４のうち上記励磁可否判定部１０１及び切替設定部１２の信号に基づいてオンが許可されているものについて、電流が基準電流値Ｉｔｈを超えた場合（点ｎ１、ｎ２における電圧が基準値を超えた場合）に一時的にオフに切り替え、その後、タイミング設定部１３のタイミング信号に応じてオンに戻されるようにＰＷＭ制御が行われる。比較器Ｃｐ１、Ｃｐ２の信号は独立に処理されて、切替素子Ｓ１、Ｓ２のオンオフ動作と、切替素子Ｓ３、Ｓ４のオンオフ動作とが各々別個になされる。

励磁可否判定部１０１の処理及び励磁切替駆動部１０２の処理は、それぞれ共通のＣＰＵ１１１が実行してもよいし、複数のＣＰＵ１１１により別個に行われてもよい。

図６は、励磁可否判定部１０１（切替部１１）が実行する励磁可否判定処理の制御手順を示すフローチャートである。この処理は、継続的に繰り返し実行される。
励磁可否判定処理が開始されると、ＣＰＵ１１１は、計測部３０から監視電圧値を取得する（ステップＳ１０１）。なお、監視電圧値を取得するタイミングはタイミング設定部１３からのタイミング信号に応じて定められてもよいし、前の処理の終了から所定時間経過後などに行われてもよい。タイミングを厳密にそろえる必要がない場合には、ステップＳ１０１の処理が開始されてから最初に取得される監視電圧値を取得すればよく、計測部３０による監視電圧値の出力頻度は適宜な時間間隔に設定されていてもよい。

ＣＰＵ１１１は、監視電圧が判定電圧以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。監視電圧が判定電圧以上ではない（未満である）と判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１１は、励磁禁止信号を励磁切替駆動部１０２に出力する（ステップＳ１１１）。それから、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１０１に戻る。

監視電圧が判定電圧以上であると判別された場合には（ステップＳ１０２で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１１は、切替許可信号ＥＮＡがオンであるか否かを判別する（ステップＳ１０３）。切替許可信号ＥＮＡがオンであると判別された場合には（ステップＳ１０３で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１１は、励磁切替駆動部１０２に励磁許可信号を出力する（ステップＳ１０４）。それから、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１０１に戻る。切替許可信号ＥＮＡがオフであると判別された場合には（ステップＳ１０３で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１１１に移行する。

図７は、変形例の励磁可否判定部を含む切替部１１の処理を示す図である。
図７（ａ）に示す変形例１の励磁可否判定部１０１ａの処理は、ＣＰＵ１１１ではなく、論理回路でなされる。励磁可否判定部１０１ａは、比較器Ｃｐ１０１と、論理積回路Ｌｍ１０１を有する。比較器Ｃｐ１０１は、計測部３０の出力と判定電圧とを比較した結果を出力する。論理積回路Ｌｍ１０１は、比較器Ｃｐ１０１の比較結果と、切替許可信号ＥＮＡの論理積をとって結果を出力する。判定電圧は、例えば、切替設定部１２などが調整、設定してもよい。

図７（ｂ）に示す変形例２の励磁可否判定部１０１ｂの処理では、励磁可否判定部１０１ｂが連続的に入力される計測部３０からの入力値を一時的に固定するサンプルホールド回路Ｓｈ１０１を有する。タイミング設定部１３は、計測部３０にタイミング信号を出力する代わりに、サンプルホールド回路Ｓｈ１０１に値を固定するタイミングを指定する信号を出力することで、制御基板１０の中だけで計測データの取得タイミングと判定のタイミングとを同期することができる。

図８は、変形例の検出部２０ａの構成を示す図である。図９は、点ｎ３における監視電圧の変化ついて説明する図である。

上述のように、点ｎ１、ｎ２の電圧の変動範囲の違い、第２抵抗素子Ｒ２２及び第３抵抗素子Ｒ２３の抵抗値のずれ、及び切替素子Ｓ１、Ｓ２のオフ時の逆起電力などに応じて、図９（ａ）に示すように、点ｎ３の監視電圧には若干の変動（リップルやスパイクノイズ）が生じる。これにより、監視電圧が瞬間的に計測部３０の計測範囲を超過したり、また、供給電圧が低下した場合にこの変動に応じて監視の結果、すなわち、判定電圧Ｖｊとの上下が変動したりする場合がある。瞬間的な変動は、ヒューズＦの劣化などにはほとんど影響せず、一方でステッピングモーターＭや計測部３０の動作に悪影響を生じ得る。そこで、この変形例の検出部２０ａは、一端（第３端）が接地されて、他端が接続された点ｎ３（第４端）と接地面との間をつなぐキャパシターＣ２４と、カソードが電圧Ｖｃの電圧源（定電圧部）に接続されてアノードが点ｎ２に接続されたダイオードＤ２５と、を有する。第１抵抗素子Ｒ２１と並列に位置するキャパシターＣ２４は、電圧変動を抑制するので、図９（ｂ）に示すように、小さい変動が抑制されて、供給電圧Ｖｐに変動がない場合にはほぼ一定の電圧が監視電圧として出力される。キャパシターＣ２４の容量は、このような細かい変動が抑制される程度であればよく、また、リアルタイム計測を妨げない程度とされればよい。また、ダイオードＤ２５は、図９（ａ）に示すスパイクノイズｎ３ｓのように、瞬間的に電圧Ｖｃより大きい電圧が生じた場合に、この影響を吸収する。これにより、計測部３０の計測範囲を超過する電圧が当該計測部３０に入力されてトラブルを生じるのを抑制することができる。電圧Ｖｃは、計測部３０が正常に所望の精度で計測動作を行うことのできる（計測動作に係る）所定の基準電圧に応じて定められてよい。例えば、基準電圧は、計測部３０の計測上限電圧（制御基板１０の動作電圧など）であってよく、又はこれよりも若干小さくても（例えば、ダイオードＤ２５の降下電圧分を考慮するなど）よい。計測上限電圧が計測部３０のＡ／Ｄ変換部における基準電圧と異なる（計測上限電圧よりも基準電圧の方が低い）場合には、このＡ／Ｄ変換部における基準電圧が電圧Ｖｃであってもよい。

また、一時的な電圧低下の場合や、電圧の上下速度が遅い場合などに、監視電圧の細かい変動に応じて頻繁に切替素子Ｓ１～Ｓ４をオンする動作を禁止するか否かが切り替わるのを抑制する（特に、瞬間的な上昇でオンされるのを抑制する）ように処理を制御することもできる。切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを禁止する判定電圧ＶｊＬ（第１判定電圧）よりも、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを許可する判定電圧ＶｊＨ（第２判定電圧）を高く設定することで、図９（ｃ）に示すように、監視電圧が判定電圧ＶｊＬを切ったタイミングｔｐ以降に監視電圧がこの判定電圧ＶｊＬ以上に戻っても、判定電圧ＶｊＨ以上となるタイミングｔｅまでは、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを許可しないこととしてもよい。

あるいは、図９（ｄ）に示すように、タイミングｔｐで監視電圧が判定電圧Ｖｊを下回ると、その後、監視電圧が所定時間（基準時間）連続して判定電圧Ｖｊ以上となるタイミングｔｅまでは切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンを許可しないこととしてもよい。ここでは、監視電圧が一時的に低下して判定電圧Ｖｊとなったタイミングｔｐ以降、判定電圧Ｖｊを挟んで上下する期間があるが、このような場合でも、続けて切替素子Ｓ１～Ｓ４をオフの状態に維持することができる。最後に判定電圧Ｖｊ未満を計測した後、判定電圧Ｖｊ以上に切り替わったタイミングｔｆから所定時間が経過後のタイミングｔｅに、切替素子Ｓ１～Ｓ４のオンが許可される。

図１０は、励磁可否判定処理の制御手順の変形例を示すフローチャートである。この変形例は、上記の図９（ｃ）に示した複数の判定電圧ＶｊＬ、ＶｊＨに対応する処理である。この処理には、上記の励磁可否判定処理に対してステップＳ１２１～Ｓ１２３の処理が追加されている。その他の同一の処理内容には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

ステップＳ１０１の処理で監視電圧値を取得すると、ＣＰＵ１１１は、現在、励磁許可信号を出力している励磁許可状態であるか否かを判別する（ステップＳ１２１）。励磁許可状態であると判別された場合には（ステップＳ１２１で“ＹＥＳ”）、ＣＰＵ１１１は、判定電圧として、低い方の判定電圧ＶｊＬを選択する（ステップＳ１２２）。それから、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１０２に移行する。励磁許可状態ではないと判別された場合には（ステップＳ１２１で“ＮＯ”）、ＣＰＵ１１１は、判定電圧として、高い方の判定電圧ＶｊＨを選択する（ステップＳ１２３）。それから、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１０２に移行する。

図７（ａ）のような論理回路で判定を行う場合には、２種類の判定電圧ＶｊＬ、ＶｊＨを選択的に切り替えて比較器に入力してもよいし、判定電圧ＶｊＬが入力される比較器と判定電圧ＶｊＨが入力される比較器とが各々用意されて、励磁許可状態か否かに応じてどちらかが利用されるように切り替えてもよい。あるいは、比較対象とされる判定電圧を切り替える代わりに、例えば、第１抵抗素子Ｒ２１に対して並列に抵抗素子を設け、当該抵抗素子の接地有無を切り替えることにより、検出部２０が出力する監視電圧を判定電圧ＶｊＬ、ＶｊＨの差に応じて引き下げてもよい。

図１１は、励磁可否判定処理の制御手順の他の変形例を示すフローチャートである。この変形例は、上記図９（ｄ）に示した判定基準に対応する処理である。この処理には、上記実施形態の励磁可否判定処理に対してステップＳ１１２の処理が追加されている。その他の同一の処理内容には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

ＣＰＵ１１１は、ステップＳ１１１で励磁禁止信号を出力した後、所定時間ステップＳ１０１の処理に戻さずに待機する（ステップＳ１１２）。それから、ＣＰＵ１１１の処理は、ステップＳ１０１に戻る。

図７（ａ）のような論理回路で判定を行う場合には、例えば、比較器Ｃｐ１０１からハイレベル信号（異常なし）が出力される連続回数を計数するカウンター回路を有し、連続回数が基準回数となるまで段階で論理積回路Ｌｍ１０１の出力を全てロー（通電禁止）に切り替える構成が含まれていてもよい。

以上のように、本実施形態の駆動回路１は、ステッピングモーターＭのコイルＭＡの第１端及び第２端にそれぞれ接続されて当該コイルＭＡの電流経路となる第１配線及び第２配線と、第１端及び前記第２端における電圧を計測する計測部３０と、第１配線及び第２配線における通電の可否を切り替える切替部１１と、を備える。切替部１１は、計測された第１端及び第２端における各電圧の所定の重み付け平均に基づいて通電を全て禁止するか否かの切り替えを行う。すなわち、供給電圧を直接計測しなくても、第１端及び第２端の電圧に基づいて適切に供給電圧を特定できるので、駆動回路１内で、計測及び動作を完結することができる。また、短い周期で交互に高低が反転する第１端と第２端の電圧の重み付け平均（理想的には単純平均）を出力するので、動作状況によらず供給電圧を安定して計測し、より容易かつ速やかに異常の判定を行うことができる。これにより、特に、電圧低下時にＰＷＭ動作を停止させて、第１配線及び第２配線の両方の通電をまとめて禁止することができ、ＰＷＭ動作が正常になされないことによる過剰な電流の発生を抑制して、ヒューズＦの劣化などを抑制することができる。

また、駆動回路１は、第３端が接地された第１抵抗素子Ｒ２１と、第１配線に一端が接続され、第１抵抗素子Ｒ２１の接地側の一端とは反対側の第４端（点ｎ３）に他端が接続された第２抵抗素子Ｒ２２と、第２配線に一端が接続され、第４端（点ｎ３）に他端が接続された第３抵抗素子Ｒ２３と、を有する検出部２０を備える。計測部３０は、検出部２０における第４端（点ｎ３）の電圧を計測する。
これにより、簡易な構成で容易かつ確実に供給電圧を計測することができ、計測値に基づいて速やかに切替素子Ｓ１～Ｓ４の動作制御、特に、低電圧時の動作を中止させることができる。

また、切替部１１は、点ｎ３の電圧が所定の判定電圧Ｖｊ未満の場合に通電を禁止する。これにより、低電圧でＰＷＭ動作が正常に行われない場合に通電状態が続くことによる（特に、複数のコイルＭＡ、ＭＢの両方について）過電流の発生を抑制することができる。したがって、ヒューズＦなどの各部の負荷の上昇及び劣化を低減させることができる。

また、切替部１１は、通電を全て禁止している間に、点ｎ３の電圧が所定の基準期間以上続けて判定電圧Ｖｊ以上となった場合には、通電（励磁）を可能とする。これにより、供給電圧が判定電圧Ｖｊ付近にある場合にその細かい変動に伴って通電禁止要否（励磁可否）が細かく変更されない。特に、実質上禁止すべき状況の時に不必要に通電を可能としないので、より動作を安定させることができる。

また、切替部１１は、通電を全て禁止している間に点ｎ３の電圧が第１判定電圧ＶｊＬより高い第２判定電圧ＶｊＨ以上となった場合には、通電（励磁）を可能とする。このように判定電圧を２種類設定し、低い側の第１判定電圧ＶｊＬで通電を禁止した場合に、これより高い第２判定電圧ＶｊＨに戻るまで通電を可能に戻さないことで、細かい電圧変動などにより不必要に通電の要否を切り替えないようにすることができる。

また、駆動回路１（検出部２０）は、所定の設定時間（ここでは、オン信号を出力する時間間隔）を計数してタイミング信号を出力するタイミング設定部１３を備え、切替部１１は、タイミング信号に同期して第１配線及び前記第２配線の通電をオフに切り替える動作を行い、計測部３０は、タイミング信号に基づいて計測を行って結果を切替部１１に出力する。
このように、通電の切り替え（オン）に係る動作と計測結果の取得とのタイミングを適切に調整することで、通電オン時のスパイクノイズなどの影響を回避しつつ速やかに低電圧などの電圧供給異常に乗じた異常を特定し、対応してＰＷＭ動作などの停止を可能とすることができる。

また、駆動回路１（検出部２０）は、第１抵抗素子Ｒ２１と並列に、前記第４端と接地面とをつなぐキャパシターＣ２４を備える。第２抵抗素子Ｒ２２と第３抵抗素子Ｒ２３との実際の値の差は、駆動回路１の回路特性などに応じて監視電圧には微小な変動が生じやすいので、キャパシターＣ２４によって変動のうち高周波数成分をカットすることで、必要な周波数での変動に応じてより適切な切り替え動作を行うことができる。

また、駆動回路１（検出部２０）は、アノードが点ｎ３に接続され、カソードが電圧Ｖｃの定電圧部に接続されたダイオードＤ２５を備える。定電圧部の電圧Ｖｃは、計測部３０の動作に係る所定の基準電圧以下である。
すなわち、計測部３０の計測可能外の電圧をダイオードＤ２５と定電圧部とで吸収することができるので、計測部３０に計測範囲外の電圧が入力するのを避けることができるので、計測部３０の誤計測、劣化や損傷などを防ぐことができる。

また、駆動回路１は、計測部３０の計測結果に基づいて切替部１１の切り替えを制御するＣＰＵ１１１を備える。すなわち、駆動回路１内で異常な供給電圧の検出、判定を行ってその判定結果に基づいて通電の禁止要否（励磁の可否）を切り替えることができるので、処理を駆動回路１内で完結することができる。これにより、駆動回路１内外で整合をとって構成や制御内容を調整する必要がなく、手間が軽減される。また、計測結果の伝送経路などが長くならないので、処理の確実性も向上する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、計測部３０の計測結果を切替部１１が取得し、励磁可否判定部１０１が励磁可否（通電禁止の要否）の判定を行って制御信号を励磁切替駆動部１０２に出力したが、切替部１１が励磁可否判定部１０１を有さなくてもよい。この場合、駆動回路１から計測部３０の結果が駆動回路１の外部に出力されて、外部で当該結果を切替許可信号ＥＮＡに反映させる処理が行われ、計測部３０の結果に基づく励磁可否が設定された切替許可信号ＥＮＡが駆動回路１の切替部１１（励磁切替駆動部１０２）に入力される。切替部１１（励磁切替駆動部１０２）は、この切替許可信号ＥＮＡにより、供給電圧の間接的な計測値に基づいてＰＷＭ動作の可否（禁止要否）を定めることができる。

また、上記実施の形態では、制御部としてＣＰＵ１１１が制御動作を行ったが、ＣＰＵ１１１に限らず、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの専用の制御動作を行う構成を有していてもよい。

また、上記実施の形態では、タイミング設定部１３がタイミング信号を出力することで、通電の切替動作と計測とのタイミング調整を行ったが、タイミング信号は、各タイミングのみを指定する信号ではなく、例えば、所定周波数のクロック信号などであって、各々所定回数のクロック信号を計数するごとに動作が行われることで動作のタイミング調整がなされてもよい。

また、上記実施の形態では、２相ユニポーラー型のステッピングモーターＭのコイルＭＡにおいて相補的に電圧が印加されるＡ相及びＡＢ相の各配線に検出部２０を取り付けて通電（励磁）動作の禁止要否の判定を行ったが、コイルＭＡに代えて又は加えてコイルＭＢに検出部２０が取り付けられていてもよい。また、２相ユニポーラー型のものに限られず、例えば、３相以上のステッピングモーターのいずれかのコイルであってもよい。また、他励方式ではなく、自励方式のステッピングモーターであってもよい。

また、Ａ相及びＡＢ相（又は対応する２点）の電圧の重み付け平均がリアルタイムで検出可能であれば、検出部２０の回路構成は実施形態及び各変形例で示したものに限られない。また、第２抵抗素子Ｒ２２及び第３抵抗素子Ｒ２３の抵抗値が異なる場合、図９（ａ）に示した監視電圧の変動が大きくなるので、例えば、第１判定電圧ＶｊＬと第２判定電圧ＶｊＨとの差を大きく定めてもよい。
その他、上記実施の形態で示した構成、信号経路、処理内容及び処理手順などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜変更可能である。

１ 駆動回路
１０ 制御基板
１１ 切替部
１２ 切替設定部
１３ タイミング設定部
２０、２０ａ 検出部
３０ 計測部
１０１、１０１ａ、１０１ｂ 励磁可否判定部
１０２ 励磁切替駆動部
１１１ ＣＰＵ
Ａ１、Ａ２ 増幅部
Ｃ２４ キャパシター
Ｃｐ１、Ｃｐ２、Ｃｐ１０１ 比較器
Ｄ２５ ダイオード
Ｆ ヒューズ
Ｉｔｈ 基準電流値
Ｉｕ 上限値
Ｌｍ１０１ 論理積回路
Ｍ ステッピングモーター
ＭＡ、ＭＢ コイル
Ｒ２１ 第１抵抗素子
Ｒ２２ 第２抵抗素子
Ｒ２３ 第３抵抗素子
ＲＳ１、ＲＳ２ シャント抵抗
Ｓ１～Ｓ４ 切替素子
Ｓ１Ｄ、Ｓ２Ｄ ボディダイオード
Ｓｈ１０１ サンプルホールド回路
Ｖｃ 電圧
Ｖｊ、ＶｊＨ、ＶｊＬ 判定電圧
Ｖｐ 供給電圧
Ｖｔｈ 基準電圧

Claims (8)

1. ステッピングモーターのモーターコイルの第１端及び第２端にそれぞれ接続されて当該モーターコイルの電流経路となる第１配線及び第２配線と、
   前記第１端及び前記第２端における電圧を計測する計測部と、
   前記第１配線及び前記第２配線における通電の可否を切り替える切替部と、
   検出部と、
   を備え、
   前記切替部は、計測された前記第１端及び前記第２端における各電圧の所定の重み付け平均に基づいて供給電圧を測定することで前記通電を全て禁止するか否かの切り替えを行い、
   前記検出部は、
   第３端が接地された第１抵抗素子と、
   前記第１配線に一端が接続され、前記第１抵抗素子の前記第３端とは反対側の第４端に他端が接続された第２抵抗素子と、
   前記第２配線に一端が接続され、前記第４端に他端が接続された第３抵抗素子と、
   を有し、
   前記計測部は、前記検出部における前記第４端の電圧を計測する
   ことを特徴とする駆動回路。
2. 前記切替部は、前記第４端の電圧が所定の第１判定電圧未満の場合に前記通電を禁止することを特徴とする請求項１記載の駆動回路。
3. 前記切替部は、前記通電を全て禁止している間に、前記第４端の電圧が所定の基準期間以上続けて前記第１判定電圧以上となった場合には、前記通電を可能とすることを特徴とする請求項２記載の駆動回路。
4. 前記切替部は、前記通電を全て禁止している間に前記第４端の電圧が前記第１判定電圧より高い第２判定電圧以上となった場合には、前記通電を可能とすることを特徴とする請求項２記載の駆動回路。
5. 所定の設定時間を計数してタイミング信号を生成するタイミング設定部を備え、
   前記切替部は、前記タイミング信号に同期して前記通電の可否の切り替えを行い、
   前記計測部は、前記タイミング信号に基づいて前記計測の結果を前記切替部に出力する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の駆動回路。
6. 前記検出部は、前記第１抵抗素子と並列に、前記第４端と接地面とをつなぐキャパシターを備えることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の駆動回路。
7. 前記検出部は、アノードが前記第４端に接続され、カソードが定電圧部に接続されたダイオードを備え、
   前記定電圧部の電圧は、前記計測部の動作に係る所定の基準電圧以下である
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の駆動回路。
8. 前記計測部の計測結果に基づいて前記切替部の切り替えを制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の駆動回路。

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