KR20120138681A - 단상 브러시리스 모터의 구동 회로 - Google Patents

단상 브러시리스 모터의 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 홀 소자 등의 위치 검출 소자를 사용하지 않고 단상 브러시리스 모터를 구동함으로써, 모터의 소형화나 저비용화를 실현한다.
단상 브러시리스 모터의 구동 코일에 제1 구동 전류, 및 상기 제1 구동 전류와 반대 방향의 제2 구동 전류를 모두 공급하지 않는 비통전 기간을 사이에 넣어, 상기 구동 코일에 상기 제1 구동 전류와 상기 제2 구동 전류를 교대로 공급하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 회로와, 상기 구동 신호에 따라 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 출력 회로와, 상기 비통전 기간에, 상기 구동 코일에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하는 제로 크로스 검출 회로를 갖고, 상기 구동 신호 생성 회로는, 상기 출력 회로가 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 통전 기간의 개시로부터 상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때까지의 구동 주기에 기초하여, 다음 통전 기간의 길이를 결정한다.

Description

단상 브러시리스 모터의 구동 회로{DRIVING CIRCUIT OF SINGLE PHASE BRUSHLESS MOTOR}
본 발명은, 단상 브러시리스 모터의 구동 회로에 관한 것이다.
직류 모터 중 브러시리스 모터는, 브러시나 정류자를 사용하지 않기 때문에 장수명이라는 등의 이점이 있다. 또한, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있는 단상 브러시리스 모터로 함으로써, 홀 소자 등의 위치 검출 소자가 1개로 충분하고, 구동 회로도 1상분으로 충분하기 때문에, 저비용화나 소형화 등을 도모할 수 있다.
한편, 일반적인 단상 브러시리스 모터에서는, 구동 코일로의 구동 전류의 공급을 개시해도 로터(회전자)가 회전하지 않는 데드(로크) 포인트라 불리는 정지 위치가 존재한다. 그로 인해, 특허문헌 1의 단상 브러시리스 모터에서는, 영구 자석의 중심과 구동 코일의 중심이 어긋난 위치에서 정지하도록 하여, 데드 포인트를 피하는 대책을 행하고 있다. 또한, 구동 코일에 발생하는 유기 전압(역기전압)과는 반대 방향의 전류를 발생하는 전압을 인가하여, 효율의 향상이나 진동ㆍ소음의 저감 등을 실현하는 구동 제어 회로도 개시되어 있다.
이와 같이 하여, 데드 포인트 대책을 행하거나 진동ㆍ소음의 저감 기술을 이용함으로써, 단상 브러시리스 모터를 팬 모터 등의 다양한 용도에 사용할 수 있다.
일본 특허 공개 제2008-312440호 공보
단상 브러시리스 모터는 저비용으로 소형의 구성으로 할 수 있기 때문에, 적합한 용도로서, 예를 들어 휴대 전화기의 착신을 알리기 위한 바이브레이션 기능에 사용되는 진동 모터를 들 수 있다. 특히, 진동 모터로서 사용하는 경우에는, 구동 신호로서 진동이 발생하기 쉬운 구형파를 사용할 수도 있기 때문에, 모터 구동 회로의 회로 규모를 억제하여, 모터 구동용 IC의 저비용화나 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 모터 구동용 IC 중에는, 로터의 회전 위치를 검출하는 홀 소자를 내장시킨 모터 구동용 IC도 알려져 있다. 그러나, 이러한 홀 소자 내장 IC는 모터의 내부에 실장할 필요가 있기 때문에, 단상 브러시리스 모터의 소형화에 대한 효과가 억제되어 버린다. 또한, IC의 제조시에 있어서의 홀 소자 자체의 특성 등에 따라 로터의 회전 위치의 검출 정밀도에 오차가 발생하기 때문에, 출하시에 자장을 인가하는 시험을 행할 필요가 있다. 그로 인해, 저비용화의 효과도 억제되어 버린다.
상술한 과제를 해결하는 주된 본 발명은, 단상 브러시리스 모터의 구동 코일에 제1 구동 전류, 및 상기 제1 구동 전류와 반대 방향의 제2 구동 전류를 모두 공급하지 않는 비통전 기간을 사이에 넣어, 상기 구동 코일에 상기 제1 구동 전류와 상기 제2 구동 전류를 교대로 공급하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 회로와, 상기 구동 신호에 따라 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 출력 회로와, 상기 비통전 기간에, 상기 구동 코일에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하는 제로 크로스 검출 회로를 갖고, 상기 구동 신호 생성 회로는, 상기 출력 회로가 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 통전 기간의 개시로부터 상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때까지의 구동 주기에 기초하여, 다음 통전 기간의 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로이다.
본 발명의 다른 특징에 대해서는, 첨부 도면 및 본 명세서의 기재에 의해 명확해진다.
본 발명에 따르면, 홀 소자 등의 위치 검출 소자를 사용하지 않고 단상 브러시리스 모터를 구동할 수 있으며, 모터의 소형화나 저비용화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 있어서의 단상 브러시리스 모터의 구동 회로 전체의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는 출력 회로(20) 및 유기 전압 검출 회로(30)의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 회로 블록도이다.
도 3은 에지 검출 회로(50)의 구체적인 구성의 일례를 나타내는 회로 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시 형태에 있어서, 기동 모드에서의 모터 구동 회로(1)의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는 기동 모드에 있어서, 루프 카운트값(통전 횟수)마다 미리 설정된 기동시 카운트(통전 시간)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 한 실시 형태에 있어서, 통상 모드에서의 모터 구동 회로(1)의 동작을 설명하는 도면이다.
본 명세서 및 첨부 도면의 기재에 의해 적어도 이하의 사항이 명확해진다.
===단상 브러시리스 모터의 구동 회로 전체의 구성===
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 한 실시 형태에 있어서의 단상 브러시리스 모터의 구동 회로 전체의 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 도시되어 있는 모터 구동 회로(1)는, 구동 코일(9)을 구비한 단상 브러시리스 모터를 구동하기 위한 회로이며, 적어도 구동 코일(9)이 접속되는 출력 단자(91 및 92)를 구비한 집적 회로로서 구성되어 있다. 또한, 모터 구동 회로(1)는, 메인 카운터(11), 구동 주기 기억 레지스터(12), 통전 시간 설정 레지스터(13), 루프 카운터(14), 선택 회로(15), 타이밍 제어 회로(16), NOR 회로(부정 논리합 회로)(17), 출력 회로(20), 유기 전압 검출 회로(30), 콤퍼레이터(비교기)(40) 및 에지 검출 회로(50)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 메인 카운터(11), 구동 주기 기억 레지스터(12), 통전 시간 설정 레지스터(13), 루프 카운터(14), 선택 회로(15) 및 타이밍 제어 회로(16)가 구동 신호 생성 회로에 상당한다. 또한, 유기 전압 검출 회로(30), 콤퍼레이터(40) 및 에지 검출 회로(50)가 제로 크로스 검출 회로에 상당한다.
메인 카운터(11)(제1 카운터 회로)의 CK 입력(클록 입력)에는 클록 신호 CLK(소정의 클록)가 입력되고, CL 입력(클리어 입력)에는 에지 검출 회로(50)로부터 출력되는 에지 검출 신호 EG가 입력되어 있다. 그리고, 메인 카운터(11)로부터는 메인 카운트값 CNT가 출력되어 있다.
구동 주기 기억 레지스터(12)에는, 메인 카운트값 CNT 및 에지 검출 신호 EG가 입력되고, 구동 주기 기억 레지스터(12)로부터는 통상시 카운트값 Ton이 출력되어 있다. 또한, 통전 시간 설정 레지스터(13)로부터는, 루프 카운터(14)로부터 출력되는 루프 카운트값 LP마다 미리 설정된 기동시 카운트값 T1 내지 T10이 출력되어 있다.
루프 카운터(14)(제2 카운터 회로)의 CK 입력에는 에지 검출 신호 EG가 입력되고, 루프 카운터(14)로부터는 루프 카운트값 LP가 출력되어 있다. 또한, 선택 회로(15)는 11 입력 1 출력의 멀티플렉서로서 구성되어 있고, 선택 제어 입력에는 루프 카운트값 LP가 입력되어 있다. 또한, 루프 카운트값 LP가 1 내지 10인 경우에 대응하는 데이터 입력에는 각각 기동시 카운트값 T1 내지 T10이 입력되고, 루프 카운트값 LP가 11 이상인 경우에 대응하는 데이터 입력에는 통상시 카운트값 Ton이 입력되어 있다.
타이밍 제어 회로(16)에는, 메인 카운트값 CNT 및 선택 회로(15)의 출력값과 함께, 루프 카운트값 LP가 홀수인지 짝수인지를 나타내는 최하위 비트(이하, 패리티 비트 LP[0]라 칭함)가 입력되어 있다. 또한, 타이밍 제어 회로(16)로부터는 구동 신호 S1 및 S2가 출력되어 있다. 또한, NOR 회로(17)에는 구동 신호 S1 및 S2가 입력되고, NOR 회로(17)로부터는 하이ㆍ임피던스 신호 HZ가 출력되어 있다.
출력 회로(20)에는 구동 신호 S1 및 S2가 입력되고, 출력 회로(20)의 출력 노드는 각각 출력 단자(91 및 92)를 통해 구동 코일(9)에 접속되어 있다. 또한, 유기 전압 검출 회로(30)에는, 출력 단자(91 및 92) 각각의 전압 V1 및 V2가 입력되어 있다. 또한, 콤퍼레이터(40)의 비반전 입력에는 유기 전압 검출 회로(30)의 출력 전압 Vout가 인가되고, 반전 입력에는 기준 전압 Vref가 인가되고, 콤퍼레이터 회로(40)로부터는 비교 결과 신호 CP가 출력되어 있다. 그리고, 에지 검출 회로(50)에는 비교 결과 신호 CP 및 하이ㆍ임피던스 신호 HZ가 입력되고, 에지 검출 회로(50)로부터는 에지 검출 신호 EG가 출력되어 있다.
===출력 회로 및 유기 전압 검출 회로의 구성===
이어서, 도 2를 참조하여, 출력 회로(20) 및 유기 전압 검출 회로(30)의 더욱 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
도 2에 도시되어 있는 출력 회로(20)는, 출력 트랜지스터(M1 내지 M4)를 포함하는 H 브리지 회로로서 구성되어 있다. 또한, 이하에 있어서는 일례로서, 출력 트랜지스터(M1 및 M2)가 PMOS(P-channel Metal-Oxide Semiconductor: P 채널 금속 산화막 반도체) 트랜지스터이고, 출력 트랜지스터(M3 및 M4)가 NMOS(N-channel MOS: N 채널 금속 산화막 반도체) 트랜지스터인 경우에 대해서 설명한다.
출력 트랜지스터(M1)는 출력 트랜지스터(M3)와 직렬로 접속되고, 출력 트랜지스터(M2)는 출력 트랜지스터(M4)와 직렬로 접속되어 있다. 또한, 출력 트랜지스터(M1 및 M2)의 소스는 모두 전원 VCC에 접속되고, 출력 트랜지스터(M3 및 M4)의 소스는 모두 접지에 접속되어 있다. 또한, 출력 트랜지스터(M1 및 M4)의 게이트에는 모두 구동 신호 S1이 입력되고, 출력 트랜지스터(M2 및 M3)의 게이트에는 모두 구동 신호 S2가 입력되어 있다. 그리고, 출력 트랜지스터(M1 및 M3)의 접속점은 출력 단자(91)에 접속되고, 출력 트랜지스터(M2 및 M4)의 접속점은 출력 단자(92)에 접속되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 유기 전압 검출 회로(30)는, 저항(R1 내지 R4) 및 오퍼레이셔널 앰프(연산 증폭기)(OP)를 포함하는 차동 증폭 회로로서 구성되어 있다. 저항(R1)의 일단부는 출력 단자(92)에 접속되고, 타단부는 오퍼레이셔널 앰프(OP)의 반전 입력에 접속되어 있다. 또한, 저항(R2)의 일단부는 출력 단자(91)에 접속되고, 타단부는 오퍼레이셔널 앰프(OP)의 비반전 입력에 접속되어 있다. 또한, 저항(R3)의 일단부는 오퍼레이셔널 앰프(OP)의 반전 입력에 접속되고, 타단부는 오퍼레이셔널 앰프(OP)의 출력에 접속되어 있다. 그리고, 저항(R4)의 일단부는 오퍼레이셔널 앰프(OP)의 비반전 입력에 접속되고, 타단부에는 기준 전압 Vref가 인가되어 있다.
===에지 검출 회로의 구성===
이어서, 도 3을 참조하여, 에지 검출 회로(50)의 더욱 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
도 3에 도시되어 있는 에지 검출 회로(50)는, 지연 회로(51, 53), XOR 회로(배타적 논리합 회로)(52) 및 AND 회로(논리곱 회로)(54)를 포함하여 구성되어 있다.
지연 회로(51)에는 비교 결과 신호 CP가 입력되어 있다. 또한, XOR 회로(52)에는 비교 결과 신호 CP 및 지연 회로(51)의 출력 신호가 입력되고, XOR 회로(52)로부터는 양쪽 에지 신호 EGrf가 출력되어 있다. 또한, 지연 회로(53)에는 하이ㆍ임피던스 신호 HZ가 입력되고, 지연 회로(53)로부터는 마스크 신호 MS가 출력되어 있다. 그리고, AND 회로(54)에는 양쪽 에지 신호 EGrf 및 마스크 신호 MS가 입력되고, AND 회로(54)로부터는 에지 검출 신호 EG가 출력되어 있다.
===단상 브러시리스 모터의 구동 회로의 동작===
이하, 본 실시 형태에 있어서의 단상 브러시리스 모터의 구동 회로의 동작에 대해서 설명한다.
메인 카운터(11)는 클록 신호 CLK에서 카운트하여, 1씩 증가하는 메인 카운트값 CNT를 출력한다. 또한, 메인 카운터(11)는, 펄스 형상의 에지 검출 신호 EG가 입력될 때마다 리셋되어, 메인 카운트값 CNT가 클리어된다. 또한, 실제로는 메인 카운터(11)의 비트수는 유한하기 때문에, 메인 카운터(11)는 예를 들어 소정의 카운트값(예를 들어 풀 카운트 값)까지 카운트하면, 리셋될 때까지 카운트를 정지한다.
구동 주기 기억 레지스터(12)는, 에지 검출 신호 EG가 입력될 때마다 클리어되기 직전의 메인 카운트값 CNT를 구동 주기로서 기억한다. 또한, 후술하는 바와 같이, 구동 주기는 구동 코일(9)에 구동 전류가 공급되는 통전 기간과, 그에 이어지는, 구동 코일(9)에 구동 전류가 공급되지 않는 비통전 기간으로 이루어진다. 그리고, 구동 주기 기억 레지스터(12)는, 기억되어 있는 메인 카운트값 CNT(구동 주기)에 소정의 계수 a(0<a<1)를 곱한 값을 다음 구동 주기에 있어서의 통전 기간의 길이를 나타내는 통상시 카운트값 Ton으로서 출력한다.
루프 카운터(14)는 에지 검출 신호 EG가 입력될 때마다 카운트하여, 1씩 증가하는 루프 카운트값 LP를 출력한다. 따라서, 루프 카운터(14)는, 모터 구동 회로(1)의 기동시부터의 구동 주기의 횟수, 즉 통전 기간의 횟수를 카운트하여, 루프 카운트값 LP는 모터 구동 회로(1)의 기동시부터의 구동 코일(9)로의 통전 횟수를 나타내고 있다. 또한, 통전 시간 설정 레지스터(13)에는, 1부터 10까지의 루프 카운트값 LP마다 미리 설정된 통전 시간을 나타내는 기동시 카운트값 T1 내지 T10이 기억되어 있다.
선택 회로(15)는 루프 카운트값 LP가 1 내지 10인 경우에는 각각 기동시 카운트값 T1 내지 T10을 출력하고, 루프 카운트값 LP가 11 이상인 경우에는 통상시 카운트값 Ton을 출력한다. 또한, 실제로는 루프 카운터(14)의 비트수는 유한하기 때문에, 루프 카운터(14)는 예를 들어 선택 회로(15)가 통상시 카운트값 Ton을 출력하는 값(예를 들어 11)까지 카운트하면, 루프 카운트값 LP의 최하위 비트(패리티 비트 LP[0])만을 변화시킨다.
타이밍 제어 회로(16)는, 메인 카운트값 CNT에 기초하여 구동 신호 S1 및 S2를 출력하고, 출력 회로(20)는 구동 신호 S1 및 S2에 따라 구동 코일(9)에 구동 전류를 공급한다. 또한, 이하에 있어서는, 구동 코일(9)을 출력 단자(91)로부터 출력 단자(92)의 방향으로 흐르는 구동 전류(제1 구동 전류)를 플러스 전류라 칭하고, 플러스 전류와 반대 방향으로 흐르는 구동 전류(제2 구동 전류)를 마이너스 전류라 칭하는 것으로 한다.
보다 구체적으로는, 메인 카운트값 CNT가 에지 검출 신호 EG에 의해 클리어된 후 선택 회로(15)의 출력값에 도달할 때까지의 사이에는, 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1 또는 S2 중 어느 한쪽을 하이ㆍ레벨로 한다. 그리고, 출력 회로(20)는, 구동 코일(9)에 플러스 전류(구동 신호 S1이 하이ㆍ레벨인 경우) 또는 마이너스 전류(구동 신호 S2가 하이ㆍ레벨인 경우)를 공급한다.
한편, 메인 카운트값 CNT가 선택 회로(15)의 출력값에 도달한 후 에지 검출 신호 EG에 의해 클리어될 때까지의 사이에는, 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1 및 S2를 모두 로ㆍ레벨로 한다. 그리고, 출력 회로(20)는, 구동 코일(9)에 플러스 전류 및 마이너스 전류를 모두 공급하지 않는다.
또한, 타이밍 제어 회로(16)는, 패리티 비트 LP[0]에 따라 통전 기간에 하이ㆍ레벨로 하는 구동 신호를 전환한다. 따라서, 타이밍 제어 회로(16)는, 에지 검출 신호 EG에 의해 패리티 비트 LP[0]이 변화될 때마다 출력 회로(20)가 구동 코일(9)에 공급하는 플러스 전류와 마이너스 전류를 전환한다.
이와 같이 하여, 타이밍 제어 회로(16)는 통전 기간 및 비통전 기간을 제어하고, 출력 회로(20)는 타이밍 제어 회로(16)의 제어에 따라 비통전 기간을 사이에 넣어 구동 코일(9)에 플러스 전류와 마이너스 전류를 교대로 공급한다. 또한, NOR 회로(17)는 구동 신호 S1 및 S2가 모두 로ㆍ레벨이 되고, 출력 회로(20)의 출력이 하이ㆍ임피던스 상태가 되는 비통전 기간에, 하이ㆍ레벨이 되는 하이ㆍ임피던스 신호 HZ를 출력한다.
유기 전압 검출 회로(30)는 전압 V1 및 V2의 차전압 V1-V2를 증폭해서 출력함으로써, 비통전 기간에 있어서는 구동 코일(9)에 발생하는 유기 전압을 검출한다. 여기서, R1=R2, R3=R4로 함으로써, 유기 전압 검출 회로(30)의 출력 전압 Vout는
Vout=Vref+(R3/R1)ㆍ(V1-V2)
가 된다. 그리고, 콤퍼레이터(40)는, 출력 전압 Vout를 기준 전압 Vref와 비교하여 Vout>Vref인 경우, 즉 차전압 V1-V2가 플러스인 경우에 하이ㆍ레벨이 되고, 마이너스인 경우에 로ㆍ레벨이 되는 비교 결과 신호 CP를 출력한다.
에지 검출 회로(50)의 XOR 회로(52)는, 비교 결과 신호 CP와 그의 지연 신호(지연 회로(51)의 출력 신호)와의 배타적 논리합을 취함으로써, 비교 결과 신호CP의 상승 에지 및 하강 에지를 검출하여, 펄스 형상의 양쪽 에지 신호 EGrf를 출력한다. 따라서, 양쪽 에지 신호 EGrf는, 차전압 V1-V2가 플러스로부터 마이너스, 또는 마이너스로부터 플러스로 전환되는 제로 크로스의 타이밍을 나타내고 있다.
또한, 지연 회로(53)는 통전 기간에 흐르는 구동 전류(플러스 전류 또는 마이너스 전류)나, 통전 기간으로부터 비통전 기간으로의 이행시에 흐르는 회생 전류에 의한 제로 크로스를 마스크하기 위해, 하이ㆍ임피던스 신호 HZ를 지연시킨 마스크 신호 MS를 출력한다. 그리고, AND 회로(54)는, 양쪽 에지 신호 EGrf를 마스크 신호 MS로 마스크하여, 에지 검출 신호 EG를 출력한다.
이와 같이 하여, 제로 크로스 검출 회로(유기 전압 검출 회로(30), 콤퍼레이터(40) 및 에지 검출 회로(50))는 비통전 기간에 구동 코일(9)에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하여, 펄스 형상의 에지 검출 신호 EG를 출력한다.
===단상 브러시리스 모터의 구동 회로의 동작의 구체예===
여기서, 도 4 내지 도 6을 적절히 참조하여, 본 실시 형태에 있어서의 단상 브러시리스 모터의 구동 회로의 동작의 구체예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서는, 루프 카운트값 LP의 1부터 10까지의 사이의 동작 모드를 기동 모드라 칭하고, 그 이후의 동작 모드를 통상 모드라 칭하는 것으로 한다. 또한, 구동 코일(9)에는, 루프 카운트값 LP가 홀수(LP[0]=1)인 경우에 플러스 전류가 흐르고, 루프 카운트값 LP가 짝수(LP[0]=0)인 경우에 마이너스 전류가 흐르는 것으로 한다.
우선, 도 4를 참조하여, 기동 모드(LP≤10)에 있어서의 모터 구동 회로(1)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 기동 모드는 모터 구동 회로(1)의 기동시부터 10회째의 구동 주기까지의 동작 모드이며, 도 4는 1회째부터 4회째까지의 구동 주기를 나타내고 있다.
모터 구동 회로(1)가 기동하면 메인 카운터(11)는 클록 신호 CLK에서 카운트를 개시하여, 1회째의 구동 주기(LP=1)가 개시된다. 그리고, 타이밍 제어 회로(16)는, 구동 신호 S1을 하이ㆍ레벨, 구동 신호 S2를 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류의 공급을 개시시킨다. 또한, 당해 플러스 전류의 통전 기간에 있어서 차전압 V1-V2는 플러스가 되어, 비교 결과 신호 CP는 하이ㆍ레벨이 된다.
플러스 전류의 통전 기간에 있어서, 메인 카운트값 CNT가 기동시 카운트값 T1에 달하면(CNT=T1), 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1 및 S2를 모두 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류 및 마이너스 전류의 어떠한 공급도 정지시킨다. 또한, 당해 통전 기간으로부터 비통전 기간으로의 이행시에는 회생 전류에 의한 제로 크로스가 발생할 수 있지만, 당해 제로 크로스는 하이ㆍ임피던스 신호 HZ를 지연 회로(53)의 지연 시간 D1만 지연시킨 마스크 신호MS에 의해 마스크된다.
비통전 기간에 있어서, 제로 크로스 검출 회로가 구동 코일(9)에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하여, 지연 회로(51)의 지연 시간 D2의 펄스폭을 갖는 에지 검출 신호 EG를 출력하면, 메인 카운터(11)는 리셋되어, 메인 카운트값 CNT가 클리어된다(CNT=0). 또한, 루프 카운트값 LP가 인크리먼트되어, 2회째의 구동 주기(LP=2)가 개시된다. 그리고, 타이밍 제어 회로(16)는, 구동 신호 S1을 로ㆍ레벨, 구동 신호 S2를 하이ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 마이너스 전류의 공급을 개시시킨다. 또한, 당해 마이너스 전류의 통전 기간에 있어서 차전압 V1-V2는 마이너스가 되어, 비교 결과 신호 CP는 로ㆍ레벨이 된다.
마이너스 전류의 통전 기간에 있어서, 메인 카운트값 CNT가 기동시 카운트값T2에 달하면(CNT=T2), 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1 및 S2를 모두 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류 및 마이너스 전류의 어떠한 공급도 정지시킨다.
비통전 기간에 있어서, 제로 크로스 검출 회로가 유기 전압의 제로 크로스를 검출하여, 에지 검출 신호 EG를 출력하면, 메인 카운터(11)는 리셋되어, 메인 카운트값 CNT가 클리어된다(CNT=0). 또한, 루프 카운트값 LP가 인크리먼트되어, 3회째의 구동 주기(LP=3)가 개시된다. 그리고, 타이밍 제어 회로(16)는, 구동 신호 S1을 하이ㆍ레벨, 구동 신호 S2를 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류의 공급을 다시 개시시킨다.
이와 같이 하여 기동 모드에 있어서는, 모터 구동 회로(1)는 루프 카운트값 LP마다 미리 설정된 기동시 카운트값 T1 내지 T10이 나타내는 통전 시간만 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)에 플러스 전류 또는 마이너스 전류를 공급하고, 비통전 기간으로 이행한다. 또한, 비통전 기간에 구동 코일(9)에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하면, 플러스 전류와 마이너스 전류를 전환해서 통전 기간으로 이행한다. 그리고, 이들의 동작을 10회째의 구동 주기(LP=10)까지 반복한다.
여기서, 기동시 카운트값 T1 내지 T10(이 나타내는 통전 시간)을 루프 카운트값 LP(이 나타내는 통전 횟수)의 증가에 따라 감소하도록 설정함으로써, 모터 구동 회로(1)는 단상 브러시리스 모터를 정지 상태로부터 고속 회전까지 원활하게 구동할 수 있다. 또한, 일례로서, 도 5에 도시한 바와 같이, 기동시 카운트값 T1 내지 T10은 루프 카운트값 LP에 대략 반비례하도록 미리 설정된다. 기동시 카운트값 T1 내지 T10을 이와 같이 설정함으로써, 모터 구동 회로(1)는 단상 브러시리스 모터를 보다 빠르게 구동할 수 있다.
이어서, 도 6을 참조하여, 통상 모드(LP≥11)에 있어서의 모터 구동 회로(1)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 통상 모드는 11회째의 구동 주기 이후의 동작 모드이며, 도 6은 (n-1)회째부터 (n+2)회째(n은 12 이상의 짝수)까지의 구동 주기를 나타내고 있다.
(n-1)회째의 구동 주기(LP=n-1)에 있어서의 비통전 기간에 있어서, 제로 크로스 검출 회로가 유기 전압의 제로 크로스를 검출하여, 에지 검출 신호 EG를 출력하면, 메인 카운터(11)는 리셋되어, 메인 카운트값 CNT가 클리어된다(CNT=0). 또한, 구동 주기 기억 레지스터(12)는 클리어되기 직전의 메인 카운트값 CNT를 기억함과 함께, 당해 기억한 메인 카운트값 CNT에 계수 a를 곱한 통상시 카운트값 Ton을 출력한다(Ton=CNT×a). 여기서, 통상시 카운트값 Ton은 n회째의 구동 주기(LP=n)에 있어서의 통전 기간의 길이를 나타내고, 바람직하게는 (n-1)회째의 구동 주기 전체의 70％ 정도로 설정된다(a=0.7).
또한, 루프 카운트값 LP가 인크리먼트되어, n회째의 구동 주기가 개시된다.그리고, 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1을 로ㆍ레벨, 구동 신호 S2를 하이ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 마이너스 전류의 공급을 개시시킨다.
n회째의 구동 주기에 있어서의 통전 기간에 있어서, 메인 카운트값 CNT가 통상시 카운트값 Ton에 달하면(CNT=Ton), 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1 및 S2를 모두 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류 및 마이너스 전류의 어떠한 공급도 정지시킨다.
비통전 기간에 있어서, 제로 크로스 검출 회로가 유기 전압의 제로 크로스를 검출하여, 에지 검출 신호 EG를 출력하면, 메인 카운터(11)는 리셋되어, 메인 카운트값 CNT가 클리어된다(CNT=0). 또한, 구동 주기 기억 레지스터(12)는 클리어되기 직전의 메인 카운트값 CNT를 기억함과 함께, 통상시 카운트값 Ton을 출력한다(Ton=CNT×a). 또한, 루프 카운트값 LP가 인크리먼트되어, (n+1)회째의 구동 주기(LP=n+1)가 개시된다. 그리고, 타이밍 제어 회로(16)는 구동 신호 S1을 하이ㆍ레벨, 구동 신호 S2를 로ㆍ레벨로 하여, 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)로의 플러스 전류의 공급을 개시시킨다.
이와 같이 하여 통상 모드에 있어서는, 모터 구동 회로(1)는 구동 주기 기억 레지스터(12)에 기억되어 있는 메인 카운트값 CNT에 소정의 계수 a(0<a<1)를 곱한 통상시 카운트값 Ton이 나타내는 통전 시간만 출력 회로(20)로부터 구동 코일(9)에 플러스 전류 또는 마이너스 전류를 공급하고, 비통전 기간으로 이행한다. 기동 모드에 있어서 단상 브러시리스 모터를 구동한 후의 통상 모드에서는, 구동 주기의 변동이 작아져 있기 때문에, 직전의 구동 주기 전체에 대하여 소정의 비율이 되도록 그때마다 다음 통전 기간의 길이가 결정되어 있다. 또한, 기동 모드시와 마찬가지로 비통전 기간에 구동 코일(9)에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하면, 플러스 전류와 마이너스 전류를 전환해서 통전 기간으로 이행한다. 그리고, 이들의 동작을 구동 주기별로 반복한다.
상술한 바와 같이 모터 구동 회로(1)에 있어서, 비통전 기간을 사이에 넣어 구동 코일(9)에 플러스 전류와 마이너스 전류를 교대로 공급하면서 단상 브러시리스 모터를 구동한 후의 통상 모드에서는, 구동 코일(9)로의 통전 기간과 그에 이어지는 비통전 기간으로 이루어지는 구동 주기에 기초하여 그때마다 다음 통전 기간의 길이를 결정함으로써, 홀 소자 등의 위치 검출 소자를 사용하지 않고, 단상 브러시리스 모터를 구동할 수 있다. 따라서, 모터 구동용 IC의 칩 두께를 더욱 얇게 해서 저배화하거나 IC를 모터의 외부에 실장함으로써, 모터의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, IC를 모터의 내부에 실장한 경우에도, IC의 실장 위치의 변동이 로터의 회전 위치의 검출 정밀도에 영향을 주지 않기 때문에, 모터의 제조 공정을 간략화해서 모터의 저비용화를 도모할 수 있음과 함께, IC의 출하시에 있어서의 시험 공정수를 삭감해서 IC의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 모터 구동 회로(1)의 기동시부터 구동 코일(9)로의 통전 횟수가 소정 횟수에 도달할 때까지의 기동 모드에서는, 통전 횟수의 증가에 따라 감소하도록 통전 시간을 미리 설정해 둠으로써, 단상 브러시리스 모터를 정지 상태부터 고속 회전까지 원활하게 구동할 수 있다.
또한, 통전 횟수에 대략 반비례하도록 통전 시간을 미리 설정해 둠으로써, 단상 브러시리스 모터를 보다 빠르게 구동할 수 있다.
또한, 통상 모드에서는, 에지 검출 신호 EG에 의해 클리어되기 직전의 메인 카운트값 CNT에 소정의 계수 a(0<a<1)를 곱한 값을 다음 구동 주기에 있어서의 통전 기간의 길이를 나타내는 통상시 카운트값 Ton으로 함으로써, 메인 카운트값 CNT에 기초하여 통상 모드에서의 통전 기간 및 비통전 기간을 제어할 수 있다.
또한, 루프 카운트값 LP가 소정값에 도달할 때까지의 기동 모드에서는, 루프 카운트값 LP의 증가에 따라 통전 폭이 감소하도록 기동시 카운트값 T1 내지 T10을 미리 설정해 둠으로써, 메인 카운트값 CNT 및 루프 카운트값 LP에 기초하여 기동 모드에서의 통전 기간 및 비통전 기간을 제어할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명을 한정해서 해석하기 위한 것은 아니다. 본 발명은, 그 취지를 일탈하지 않고 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그의 등가물도 포함된다.
상기 실시 형태에서는, 루프 카운트값 LP의 1부터 10까지의 사이의 동작 모드를 기동 모드로 했지만, 기동 모드가 되는 루프 카운트값 LP의 개수 m은 적절히 변경될 수 있다. 이 경우, 1부터 m까지의 루프 카운트값 LP마다 m개의 기동시 카운트값 T1 내지 Tm이 미리 설정되어, 통전 시간 설정 레지스터(13)에 기억되게 된다.
1 모터 구동 회로
9 구동 코일
11 메인 카운터
12 구동 주기 기억 레지스터
13 통전 시간 설정 레지스터
14 루프 카운터
15 선택 회로
16 타이밍 제어 회로
17 NOR 회로(부정 논리합 회로)
20 출력 회로
30 유기 전압 검출 회로
40 콤퍼레이터(비교기)
50 에지 검출 회로
51, 53 지연 회로
52 XOR 회로(배타적 논리합 회로)
54 AND 회로(논리곱 회로)
91, 92 출력 단자
M1 내지 M4 출력 트랜지스터
R1 내지 R4 저항
OP 오퍼레이셔널 앰프(연산 증폭기)

Claims (5)

  1. 단상 브러시리스 모터의 구동 코일에 제1 구동 전류, 및 상기 제1 구동 전류와 반대 방향의 제2 구동 전류를 모두 공급하지 않는 비통전 기간을 사이에 넣어, 상기 구동 코일에 상기 제1 구동 전류와 상기 제2 구동 전류를 교대로 공급하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호 생성 회로와,
    상기 구동 신호에 따라 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 출력 회로와,
    상기 비통전 기간에, 상기 구동 코일에 발생하는 유기 전압의 제로 크로스를 검출하는 제로 크로스 검출 회로를 갖고,
    상기 구동 신호 생성 회로는, 상기 출력 회로가 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하는 통전 기간의 개시로부터 상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때까지의 구동 주기에 기초하여, 다음 통전 기간의 길이를 결정하는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 신호 생성 회로는, 기동시부터의 상기 구동 코일로의 통전 횟수가 소정 횟수에 도달할 때까지의 사이에는, 상기 통전 횟수의 증가에 따라 감소하도록 미리 설정된 통전 시간만 상기 출력 회로로부터 상기 구동 코일에 상기 제1 또는 제2 구동 전류를 공급하기 위한 상기 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 통전 시간은, 상기 통전 횟수에 대략 반비례하도록 미리 설정되는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 신호 생성 회로는,
    소정의 클록에서 카운트하여, 상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때마다 리셋되는 제1 카운터 회로와,
    상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때마다 상기 제1 카운터 회로가 리셋되기 직전의 카운트값을 상기 구동 주기로서 기억하는 레지스터와,
    상기 제1 카운터 회로의 카운트값에 기초하여 상기 구동 신호를 출력하여, 상기 통전 기간 및 상기 비통전 기간을 제어하는 타이밍 제어 회로를 포함하고,
    상기 타이밍 제어 회로는,
    상기 제로 크로스 검출 회로가 상기 제로 크로스를 검출할 때마다 상기 제1 구동 전류와 상기 제2 구동 전류를 전환하여, 상기 출력 회로로부터 상기 구동 코일로의 상기 제1 또는 제2 구동 전류의 공급을 개시시키고,
    상기 제1 카운터 회로의 카운트값이, 상기 레지스터에 기억되어 있는 상기 구동 주기에 0 보다 크고 1보다 작은 소정의 계수를 곱한 값에 달하면, 상기 출력 회로로부터 상기 구동 코일로의 상기 제1 및 제2 구동 전류의 어떠한 공급도 정지시키는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동 신호 생성 회로는, 기동시부터의 상기 구동 코일로의 통전 횟수를 카운트하는 제2 카운터 회로를 더 포함하고,
    상기 타이밍 제어 회로는, 상기 제2 카운터 회로의 카운트값이 소정값에 도달할 때까지의 사이에는, 상기 제1 카운터 회로의 카운트값이 상기 제2 카운터 회로의 카운트값의 증가에 따라 감소하도록 미리 설정된 값에 달하면, 상기 출력 회로로부터 상기 구동 코일로의 상기 제1 및 제2 구동 전류의 어떠한 공급도 정지시키는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 모터의 구동 회로.
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