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JP2004088995A - Motor driving method and motor driving device - Google Patents

Motor driving method and motor driving device Download PDF

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JP2004088995A
JP2004088995A JP2003185411A JP2003185411A JP2004088995A JP 2004088995 A JP2004088995 A JP 2004088995A JP 2003185411 A JP2003185411 A JP 2003185411A JP 2003185411 A JP2003185411 A JP 2003185411A JP 2004088995 A JP2004088995 A JP 2004088995A
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Masashi Inao
正志 稲生
Yasunaga Yamamoto
泰永 山本
Futoshi Iwanaga
太志 岩永
Hirobumi Sakai
博文 坂井
Tomoji Yokouchi
朋治 横内
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】相電流の数よりも少ない数の電流検出抵抗を用い、複数の相電流が急激に変化しないようにして、モータの振動、及び電磁音を低減させる。
【解決手段】直列に接続された上及び下アーム側スイッチング素子を有する出力回路を複数備えるとともに、複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続された電流検出抵抗を備えたモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、出力回路のうちのいずれか1つにおける一方のスイッチング素子を所定の電気角に相当する期間において導通させるステップと、出力回路の残りのいずれか複数における他方のスイッチング素子にスイッチング動作をさせるステップとを備える。スイッチング動作をさせるステップでは、前記期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、1つを導通させる第1の期間と、他を導通させる第2の期間とが存在するようにする。
【選択図】   図1
An object of the present invention is to reduce vibration of a motor and electromagnetic noise by using a smaller number of current detection resistors than the number of phase currents and preventing a plurality of phase currents from changing abruptly.
A motor drive device includes a plurality of output circuits having upper and lower arm-side switching elements connected in series, and a current detection resistor connected in series with the plurality of output circuits and commonly connected. A motor driving method, wherein one of the output circuits has one of the switching elements conducting for a period corresponding to a predetermined electrical angle, and the other of the output circuits has the other one of the other switching elements. Performing a switching operation. In the step of performing the switching operation, in each of the plurality of periods into which the period is divided, a first period in which one of the switching elements performing the switching operation is turned on and a second period in which the other is turned on are set. To be present.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータ駆動技術に関し、特にPWM(pulse width modulation)方式のモータ駆動技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブラシレスモータのPWM駆動方式として、三角波スライス方式とピーク電流検出方式とが知られている。三角波スライス方式は、コイル電流を検出抵抗に流し、検出抵抗に生じる電圧とトルク指令電圧との差分をスライスレベルとして出力するエラーアンプを用い、このスライスレベルで一定の周期の三角波をスライスして、コイルへの通電期間を決める方式である。ピーク電流検出方式は、エラーアンプを用いずに、コイル電流が流れる電流検出抵抗に生じた電圧がトルク指令電圧に達すると、コイルへの電流の供給を停止し、回生電流モードとする方式である。
【0003】
図18は、従来のピーク電流検出方式のモータ駆動装置のブロック図である。図18において、ホール素子21A,21B,21Cは、モータ10のロータの位置を検出し、それぞれ、ホール素子出力S11,S12,S13を位置検出回路22に出力する。位置検出回路22は、ホール素子出力S11,S12,S13に基づいて位置信号S21,S22及びS23を求め、通電相切換回路93に出力する。位置信号S21,S22及びS23は、ホール素子出力S11,S12,S13の位相を30°シフトした信号である。
【0004】
通電相切換回路93は、位置信号S21,S22及びS23に応じて通電相を決定する。このとき、通電相切換回路93は、相電流を測定しやすくするため、3相のうちの1相の相電流は流さない。ロジック制御回路95は、基準パルスPIが入力されるとセットされ、通電相切換回路93へ出力する信号のレベルを変化させて、モータ10への電流の供給を制御する。基準パルスPIは、周期的なパルスである。
【0005】
図19は、図18のモータ駆動装置で駆動されたモータの各相電流の時間に対する変化を示すグラフである。図19は、U相、V相、W相のそれぞれの相電流I1、I2,I3を示していて、各駆動トランジスタ1〜6からモータ10に向かって流れる電流を正の向きの電流としている。図19のように、常に1相の相電流はゼロになるので、電気角60°毎にいずれかの相電流が急激に変化することになる。
【0006】
いま、ロジック制御回路95は、基準パルスPIによってセットされているとする。通電相切換回路93は、例えばW相上アーム側駆動トランジスタ5及びU相下アーム側駆動トランジスタ2のみを導通させる。このとき、W相コイル13及びU相コイル11を経由して電流検出抵抗7に電流が流れるので、この電流の大きさを電流検出抵抗7に生じる電圧として検出することができる。この電流は、誘導性のコイルを流れるため、駆動トランジスタ2及び5が導通した後、徐々に増大する。
【0007】
電流が増大し、電流検出抵抗7に発生する電圧がトルク指令電圧TIに達すると、比較器96の出力のレベルが変わり、ロジック制御回路95はリセットされる。ロジック制御回路95は、通電相切換回路93に出力する信号のレベルを反転させ、通電相切換回路93は駆動トランジスタ2を非導通にする。
【0008】
このように、ロジック制御回路95がセットされてからリセットされるまでの期間が、スイッチング動作のオンデューティ期間になる。ロジック制御回路95がリセットされた後、コイル11及び13を流れる電流は流れ続けようとするので、駆動トランジスタ1のソース・ドレイン間に存在するダイオード1Dを通って回生電流が流れる。回生電流は電流検出抵抗7を通らないので、回生時は電流検出抵抗7に生じる電圧はゼロになる。
【0009】
回生電流は徐々に減少するが、再び基準パルスPIが入力されると、ロジック制御回路95がセットされ、通電相切換回路93は駆動トランジスタ2を導通させる。通電相切換回路93が通電相を切り替えるまで、このような動作が繰り返される。このように、ロジック制御回路95がセットされたときに流れる駆動電流とリセットされたときに流れる回生電流とが交互に流れる結果、トルク指令電圧TIに概略相当した相電流を所定のコイルに流すことができる。
【0010】
図20は、図19の時間t=tz付近における電流検出抵抗電圧(モータ電流検出信号)MC、V相及びW相の相電流I2,I3を、時間軸を拡大して示したグラフである。図20において、期間T91は、U相、V相電流の駆動電流が流れる期間であり、この電流は、電流検出抵抗7を流れる。期間T92は、回生電流としてU相、V相電流が流れる期間である。期間T93は、U相、W相電流の駆動電流が流れる期間であり、この電流は、電流検出抵抗7を流れる。期間T94は、回生電流としてU相、W相電流が流れる期間である。
【0011】
このような技術及び関連する技術が、特許文献1及び2に開示されている。
【0012】
【特許文献1】
特開平11−18474号公報
【特許文献2】
特開2003−79182号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図18のような従来のモータ駆動装置では、図19に示すように相電流が急激に変化するため、相電流が切り替わった時に、モータが振動したり、電磁音を生じるという問題があった。
【0014】
このような問題が生じないようにするためには、各相電流を急激に変化させないように制御すればよいが、複数の相電流を検出して制御するためには、相数に等しい本数の電流検出抵抗が必要であった。電流検出抵抗を集積回路に組み込むことは困難であるので、電流検出抵抗の本数が多いと、装置の規模が大きくなり、コストがかかるという問題があった。
【0015】
また、一般に抵抗の特性にはばらつきがあるので、各相に対応した電流検出抵抗を用いる場合には、電流の検出特性が相毎に異なるという問題があった。例えば、2つの相電流の大きさが実際には同じ場合であっても、検出される電流の大きさは異なることがあった。
【0016】
本発明は、相電流の数よりも少ない数の電流検出抵抗を用い、複数の相電流を急激に変化しないように制御して、モータの振動、及び電磁音を低減させることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明のモータ駆動方法は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備えるとともに、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、前記モータのロータの位置に応じた位置信号を求めるステップと、前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるステップと、導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせるステップとを備え、前記スイッチング動作をさせるステップでは、前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、1のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記スイッチング動作を制御するものである。
【0018】
これによると、1のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を導通させる第2の期間とを有するので、電流検出抵抗の本数以上の数の相電流を制御することが可能となる。このため、相電流同士の大きさがばらつかないPWM制御を可能にするとともに、相電流の急激な変化を避けることができ、相切替時のモータの振動及び電磁音を低減することができる。
【0019】
また、本発明の他のモータ駆動方法は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を4以上の偶数個備えるとともに、前記4以上の偶数個の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記4以上の偶数個の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、前記モータのロータの位置に応じた位置信号を求めるステップと、前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、前記選択されたスイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は、前記選択されたスイッチング素子が対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の下アーム側スイッチング素子と前記選択されたスイッチング素子との組を、前記選択されたスイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は、前記選択されたスイッチング素子が対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の上アーム側スイッチング素子と前記選択されたスイッチング素子との組を、所定の電気角に相当する期間において導通させるステップと、前記選択されたスイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子のそれぞれとこれらのそれぞれに対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の上アーム側スイッチング素子との組のそれぞれにスイッチング動作をさせ、前記選択されたスイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子のそれぞれとこれらのそれぞれに対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の下アーム側スイッチング素子との組のそれぞれにスイッチング動作をさせるステップとを備え、前記スイッチング動作をさせるステップは、前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子の組のうち、1組のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1組のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子の組を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記スイッチング動作を制御するものである。
【0020】
また、前記モータ駆動方法において、前記スイッチング動作をさせるステップでは、前記第1の期間は、基準パルスが入力されると開始し、前記電流検出抵抗に生じる電圧が目標信号に達すると終了することが好ましい。
【0021】
また、前記モータ駆動方法において、前記スイッチング動作をさせるステップでは、前記基準パルスが入力されると、前記スイッチング動作させるスイッチング素子を全て非導通にした後に前記第1の期間を開始することが好ましい。
【0022】
また、本発明の他のモータ駆動方法は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備えるとともに、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点から複数相のモータコイルに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、前記複数相のモータコイルの相電流が同時に流れている区間がPWM(pulse width modulation)制御期間に分割されており、前記各PWM制御期間では、前記電流検出抵抗を流れる電流が上アーム側又は下アーム側の特定の1つのスイッチング素子を通過する電流と合致するように、前記各スイッチング素子毎に流すべき電流値に対応した信号と前記電流検出抵抗から得られた信号とが一致するまで前記各スイッチング素子を選択的に導通させる期間と、前記特定のスイッチング素子に関する相以外の相電流を回生状態にする期間とを有するようにPWM制御するものである。
【0023】
また、本発明のモータ駆動装置は、直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置であって、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗と、前記モータのロータの位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるとともに、導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせる通電相切換回路と、前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、1のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記通電相切換回路によるスイッチング動作を制御するスイッチング動作制御信号を生成し、出力する通電期間制御部とを備えたものである。
【0024】
また、前記モータ駆動装置において、前記通電期間制御部は、前記トルク指令信号及び前記位置信号に応じて、前記第1の期間において前記電流検出抵抗に流すべき電流の目標値に対応した第1の目標信号、及び前記第2の期間において前記電流検出抵抗に流すべき電流の目標値に対応した第2の目標信号を求め、出力する相別トルク信号発生回路と、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第1の目標信号を越えているか否かを判定し、その結果を出力する第1の比較器と、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第2の目標信号を越えているか否かを判定し、その結果を出力する第2の比較器と、前記スイッチング動作の周期を規定する基準パルス及び前記第1及び第2の比較器の出力に応じて、前記スイッチング動作制御信号を生成して出力するロジック制御回路とを備えるものであり、前記ロジック制御回路は、前記第1の比較器の判定結果が、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第1の目標信号を越えていることを示すと、前記第1の期間を終了させ、前記第2の比較器の判定結果が、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第2の目標信号を越えていることを示すと、前記第2の期間を終了させるように、前記スイッチング動作制御信号を生成して出力するものであることが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、例として、モータ駆動装置が3相ブラシレスモータを駆動する場合について説明する。
【0026】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。図1のモータ駆動装置は、U相、V相、W相上アーム側駆動トランジスタ1,3,5と、U相、V相、W相下アーム側駆動トランジスタ2,4,6と、ダイオード1D,2D,3D,4D,5D,6Dと、電流検出抵抗7と、ホール素子回路21と、位置検出回路22と、通電相切換回路23と、プリドライブ回路24と、増幅器27と、相別トルク信号発生回路30と、ロジック制御回路40と、比較器51,52とを備えている。一方、モータ10は、U相コイル11と、V相コイル12と、W相コイル13とを備えている。相別トルク信号発生回路30と、ロジック制御回路40と、比較器51,52とは、通電期間制御部100を構成している。ホール素子回路21と、位置検出回路22とは、位置検出部を構成している。
【0027】
駆動トランジスタ1〜6は、n形MOS(metal oxide semiconductor)トランジスタであるとする。駆動トランジスタ1のソース及びドレインには、ダイオード1Dのアノード及びカソードがそれぞれ接続されている。同様に、駆動トランジスタ2〜6には、ダイオード2D〜6Dが接続されている。駆動トランジスタ1,3,5のドレインは電源VCCに接続され、駆動トランジスタ2,4,6のソースは電流検出抵抗7の一端に接続されている。電流検出抵抗7の他端は接地されている。駆動トランジスタ1〜6は、スイッチング素子として動作する。
【0028】
また、駆動トランジスタ1,2と、ダイオード1D,2Dとは、U相の出力回路(ハーフブリッジ回路)を構成している。駆動トランジスタ3,4と、ダイオード3D,4Dとは、V相の出力回路を構成している。駆動トランジスタ5,6と、ダイオード5D,6Dとは、W相の出力回路を構成している。これらの出力回路に電源VCCから供給される電流が、電流検出抵抗7に流れる。
【0029】
駆動トランジスタ1のソースは、駆動トランジスタ2のドレインに接続され、更にモータ10のU相コイル11の一端に接続されている。駆動トランジスタ3のソースは、駆動トランジスタ4のドレインに接続され、更にモータ10のV相コイル12の一端に接続されている。駆動トランジスタ5のソースは、駆動トランジスタ6のドレインに接続され、更にモータ10のW相コイル13の一端に接続されている。U相コイル11の他端は、V相コイル12及びW相コイル13の他端に接続されている。
【0030】
ここで、駆動トランジスタ1,2からU相コイル11に向かって流れる電流をU相電流I1とする。同様に、駆動トランジスタ3,4からV相コイル12に向かって流れる電流をV相電流I2とし、駆動トランジスタ5,6からW相コイル13に向かって流れる電流をW相電流I3とする。また、駆動トランジスタ1〜6からコイル11〜13に向かって流れる電流を吐き出し電流、その反対の向きの電流を吸い込み電流と称する。吐き出し電流の向きを各相電流の正の向きとする。モータ10のコイル11〜13はY結線であるので、各相電流は対応するコイルに流れる電流に等しい。
【0031】
ホール素子回路21は、ホール素子21A,21B,21Cを備えている。ホール素子21A,21B,21Cのそれぞれは、モータ10のロータの位置を検出し、ホール素子出力S11,S12,S13を位置検出回路22に出力する。位置検出回路22は、ホール素子出力S11,S12,S13に基づいて位置信号S21,S22,S23及びPSを求め、位置信号S21,S22,S23を通電相切換回路23に、位置信号PSを相別トルク信号発生回路30に出力する。
【0032】
相別トルク信号発生回路30は、位置信号PS、及びトルク指令電圧(トルク指令信号)TIに基づいて、電流検出抵抗7に流す電流の目標値に対応する電圧信号TS1,TS2を生成し、比較器51,52の正入力端子にそれぞれ出力する。増幅器27は、電流検出抵抗7の両端に接続されており、電流検出抵抗7に生じる電圧に応じたモータ電流検出信号MCを比較器51,52の負入力端子に出力している。
【0033】
比較器51,52は、入力された信号を比較した結果を、それぞれ、出力CP1,CP2としてロジック制御回路40に出力している。ロジック制御回路40には、更に基準パルスPIが入力されている。ロジック制御回路40は、駆動トランジスタ1〜6を導通させる期間を規定するスイッチング動作制御信号F1,F2を生成して通電相切換回路23に出力する。
【0034】
通電相切換回路23は、位置信号S21,S22,S23及び制御信号F1,F2に基づいて、駆動トランジスタ1〜6のうち、導通させるべきものを選択してプリドライブ回路24に指令する。プリドライブ回路24は、通電相切換回路23の出力に従って駆動トランジスタ1〜6のゲートに信号を出力し、駆動トランジスタ1〜6の導通/非導通を制御する。
【0035】
図2は、図1のモータ10の各相電流I1〜I3の目標とする波形を示すグラフである。図1のモータ駆動装置は、モータ10の各相電流I1〜I3が急激に変化しないように、図2のようにモータ10に対する電流の供給を制御する。図1のモータ駆動装置は、モータ10の電気角360°を例えば6分割し、分割された電気角に相当する期間毎に、すなわち、モータ10のロータがその分割された電気角に相当する角度だけ回転する毎に、通電相を切り替えながら、モータ10の電流を制御する。
【0036】
例えば図2の期間TU1は、電気角60°に相当する期間である。期間TU1では、U相電流I1は吐き出し電流であって、その大きさはほぼ一定である。また、V相電流I2は吸い込み電流であって、その大きさが時間tとともに次第に減少していく。W相電流I3は吸い込み電流であって、その大きさが時間tとともに0から次第に増加していく。そこで、期間TU1では、U相の上アーム側駆動トランジスタ1は継続的に導通する。また、V相及びW相の下アーム側駆動トランジスタ4,6は、スイッチング動作を行って、V相電流I2及びW相電流I3が図2のようになるように、その導通期間と非導通期間とを制御する。
【0037】
図3は、図1の相別トルク信号発生回路30の構成の例を示すブロック図である。図3の相別トルク信号発生回路30は、両エッジ微分回路31と、定電流源32,36と、スイッチ33,37と、キャパシタ34,38と、レベル制御回路35,39とを備えている。
【0038】
図4は、位置検出回路22及び相別トルク信号発生回路30に関する信号を示すグラフである。位置検出回路22は、ホール素子出力S11及びS12に基づいて、モータ10のロータ位置を示す位置信号S21を求める。ここでは例として、ホール素子出力S11とS12との差を位置信号S21とする(S21=S11−S12)。ホール素子出力S11及びS12は近似的な正弦波であり、ホール素子出力S11の位相がS12よりも120°進んでいるとき、位置信号S21の位相はホール素子出力S11よりも30°進んでいる。同様に、位置検出回路22は、位置信号S22,S23を例えばS22=S12−S13,S23=S13−S11によって求める。
【0039】
位置検出回路22は、求めた位置信号S21,S22,S23に基づいて位置信号PSを求める。位置信号PSは、位置信号S21が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号S23が正から負に変化するときに立ち下がるパルス、位置信号S22が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号S21が正から負に変化するときに立ち下がるパルス、及び位置信号S23が負から正に変化するときに立ち上がり、位置信号S22が正から負に変化するときに立ち下がるパルスを繰り返す信号である。位置信号PSのエッジのタイミングは、図4に示されているように、ホール素子出力S11,S12,S13の波形がクロスするタイミングとなっている。
【0040】
図3及び図4を参照して、相別トルク信号発生回路30の動作について説明する。両エッジ微分回路31には、位置検出回路22が出力する位置信号PSが入力されている。両エッジ微分回路31は、位置信号PSのエッジを検出すると一定の期間“L”となり、それ以外は“H”となるリセットパルス信号S31をスイッチ33に制御信号として出力する(“H”,“L”は、それぞれ論理的な高電位及び低電位を表す)。
【0041】
キャパシタ34は、一端が定電流源32の一端に接続され、かつ、スイッチ33を介して電源VCCに接続されている。また、キャパシタ34の他端は接地されている。スイッチ33は、リセットパルス信号S31が“L”のときのみ導通してキャパシタ34を充電し、キャパシタ34は、定電流源32が流す電流によって放電する。
【0042】
キャパシタ38は、一端が定電流源36の出力に接続され、かつ、スイッチ37を介して接地されている。また、キャパシタ38の他端は接地されている。キャパシタ36は、定電流源32が流す電流によって充電され、スイッチ37は、リセットパルス信号S31が“L”のときのみ導通してキャパシタ38を放電させる。このため、キャパシタ34,38のそれぞれの電圧S33,S34は、図4に示されているようなノコギリ波となる。
【0043】
レベル制御回路35は、トルク指令電圧TIと電圧S33とを入力とし、電圧S33のピークがトルク指令電圧TIに等しくなるように、電圧S33にゲインを乗じて得た信号TS1を第1の目標信号として比較器51に出力する。同様に、レベル制御回路39は、トルク指令電圧TIと電圧S34とを入力とし、電圧S34のピークがトルク指令電圧TIに等しくなるように、電圧S34にゲインを乗じて得た信号TS2を第2の目標信号として比較器52に出力する。
【0044】
図5は、図1のロジック制御回路40の構成の例を示すブロック図である。図5のロジック制御回路40は、第1のラッチ回路としてのRSフリップフロップ41と、第2のラッチ回路としてのRSフリップフロップ42と、インバータ44,45と、NANDゲート46とを備えている。インバータ44,45と、NANDゲート46とは、ロジック回路49を構成している。図6は、図1のロジック制御回路40及び比較器51,52の入出力信号を示すグラフである。図7は、図1のモータ駆動装置における相電流を示すグラフである。図6及び図7は、図2,図4におけるt=t1付近を拡大して示している。
【0045】
図5、図6及び図7を参照して、ロジック制御回路40の動作及びモータ10に流れる電流について説明する。図6のように、基準パルスPIはほぼ一定の周期のパルス信号であり、この周期がPWM制御の周期の基準となる。基準パルスPI間の期間のそれぞれをPWM制御期間とも称する。
【0046】
図5のRSフリップフロップ41,42のセット端子には、基準パルスPIが入力されている。基準パルスPIが立ち下がると、RSフリップフロップ41はセットされるので、制御信号F1は“H”となる。すると、ロジック回路49の出力は“L”になるので、RSフリップフロップ42はリセットされ、制御信号F2は“L”となる。
【0047】
通電相切換回路23は、位置信号S21,S22,S23に基づいて、現在、図2の期間TU1内であると判定しているとする。図2に示されているように、この期間TU1は、U相電流I1を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間である。期間TU1において、U相電流I1は唯一の吐き出し電流であるので、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ1を継続的に導通状態にさせている。V相電流I2及びW相電流I3は吸い込み電流であって、その大きさを変化させる必要があるので、通電相切換回路23は、制御信号F1,F2に従って駆動トランジスタ4,6にスイッチング動作を行わせる。期間TU1においては、通電相切換回路23は、制御信号F1が“H”のときに駆動トランジスタ4を導通させ、制御信号F2が“H”のときに駆動トランジスタ6を導通させる。駆動トランジスタ2,3,5は非導通状態にする。
【0048】
制御信号F1,F2がそれぞれ“H”,“L”になると、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ4を導通させる(第1の期間T1)。このとき、駆動トランジスタ1からU相コイル11に向かって電流が吐き出し電流として流れる。U相コイル11に流れる電流は、V相コイル12を経由して駆動トランジスタ4に向かって吸い込み電流として流れる。
【0049】
駆動トランジスタ4が導通している状態においては、V相コイル12を流れるV相電流I2が電流検出抵抗7を流れる。電流検出抵抗7を流れる電流の大きさは、U相コイル11に流れるU相電流I1にも等しい。電流検出抵抗7には、これを流れる電流の大きさに比例した電圧が生じ、増幅器27は、この電圧をモータ電流検出信号MCとして比較器51の負入力端子に出力する。
【0050】
U相コイル11、V相コイル12及びW相コイル13は、誘導性の負荷であるので、駆動トランジスタ4が導通した後、期間T1においてV相電流I2は徐々に増大する(図7参照)。したがって、モータ電流検出信号MCも徐々に高くなる。モータ電流検出信号MCの電圧が信号TS1(図6参照)の電圧に達すると、比較器51は出力CPを“L”に変化させる。すると、RSフリップフロップ41はリセットされ、その出力を“L”に反転させる。制御信号F1が“L”になるので、RSフリップフロップ42はセットされ、制御信号F2は“H”となり、第2の期間T2に移行する。
【0051】
期間T2の間は、制御信号F1,F2がそれぞれ“L”,“H”になるので、通電相切換回路23は駆動トランジスタ4を非導通にし、駆動トランジスタ6を導通させる。駆動トランジスタ4が非導通になると、駆動トランジスタ3のソース・ドレイン間のダイオード3D及び駆動トランジスタ1を通って、V相コイル12の回生電流が流れる。回生電流として流れるV相電流I2は徐々に小さくなる(図7参照)。このとき、W相コイル13に流れている電流のみが電流検出抵抗7に流れるので、V相コイル12の電流の影響を受けることなくW相コイル13の電流を検出することができる。
【0052】
期間T2の間は、駆動トランジスタ1及び6が導通しているので、W相コイル13の電流は増大を続け(図7参照)、電流検出抵抗7に流れる電流は増大し続ける。モータ電流検出信号MCの電圧が増大し、相別トルク信号発生器30が出力する信号TS2の電圧に到達すると、比較器52は出力CP2を“L”にする。すると、RSフリップフロップ42がリセットされ、制御信号F2が“L”になり、期間T3の動作に移行する。
【0053】
期間T3の間は、制御信号F1,F2がともに“L”になるので、通電相切換回路23は駆動トランジスタ4及び6を非導通にする。
【0054】
このように、制御信号F1が“H”である期間には、駆動トランジスタ4が導通し、制御信号F2が“H”である期間には、駆動トランジスタ6が導通する。制御信号F1,F2がそれぞれ“H”,“L”である期間T1には、V相コイル12に流れる電流が信号TS1に応じた値になるように制御され、制御信号F1,F2がそれぞれ“L”,“H”である期間T2には、W相コイル13に流れる電流が信号TS2に応じた値になるように制御される。
【0055】
すなわち、期間TU1においてスイッチング動作を行わせる2相(V相及びW相)の駆動トランジスタ4,6のうち、期間TU1において電流の大きさを減少させるべき相(V相)の駆動トランジスタ4を先に導通させ、このトランジスタを非導通にするのと同時に、電流の大きさを増加させるべき相(W相)の駆動トランジスタ6を導通させている(図2参照)。なお、W相の駆動トランジスタ6を先に導通させ、このトランジスタを非導通にするのと同時に、V相の駆動トランジスタ4を導通させるようにしてもよい。
【0056】
制御信号F1,F2がともに“L”である期間T3においては、コイル11〜13には回生電流のみが流れている。回生電流として流れるV相電流I2及びW相電流I3は徐々に小さくなる(図7参照)。基準パルスPIがロジック制御回路40に入力されると、再び制御信号F1,F2がそれぞれ“H”,“L”になり、以下同様の過程を繰り返す。
【0057】
図8は、期間T1におけるモータ10に流れる電流の経路を示す説明図である。図8のように期間T1においては、V相コイル12に流れるV相電流I2は、電源から駆動トランジスタ1、U相コイル11、V相コイル12、駆動トランジスタ4、及び電流検出抵抗7の順で流れる。一方、W相コイル13に流れるW相電流I3は、回生電流であって、駆動トランジスタ1、U相コイル11、W相コイル13、ダイオード5Dの順でループ状に流れる。したがって、電流検出抵抗7に生じる電圧から、V相電流I2のみを検出することができる。
【0058】
図9は、期間T2におけるモータ10に流れる電流の経路を示す説明図である。図9のように期間T2においては、V相コイル12に流れるV相電流I2は、回生電流であって、駆動トランジスタ1、U相コイル11、V相コイル12、ダイオード3Dの順でループ状に流れる。一方、W相コイル13に流れるW相電流I3は、電源から駆動トランジスタ1、U相コイル11、W相コイル13、駆動トランジスタ6、及び電流検出抵抗7の順で流れる。したがって、電流検出抵抗7に生じる電圧から、W相電流I3のみを検出することができる。
【0059】
図10は、期間T3におけるモータ10に流れる電流の経路を示す説明図である。図10のように期間T3においては、V相コイル12に流れるV相電流I2は、回生電流であって、図9と同様にループ状に流れる。一方、W相コイル13に流れるW相電流I3も、回生電流であって、図8と同様にループ状に流れる。したがって、電流検出抵抗7には電流は流れない。以上のように、コイル11〜13には、各相の出力回路の駆動トランジスタが導通して流れる駆動電流と、各相の出力回路のダイオードを経由して流れる回生電流とが交互に流れる。
【0060】
次に、図2の期間TU2における図1のモータ駆動装置の動作について説明する。図2に示されているように、この期間TU2は、U相電流I1を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間である。期間TU2おいて、U相電流I1は唯一の吸い込み電流であるので、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ2を継続的に導通状態にさせている。V相電流I2及びW相電流I3は吐き出し電流であって、その大きさを変化させる必要があるので、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ3,5にスイッチング動作を行わせる。期間TU2においては、通電相切換回路23は、制御信号F1が“H”のときに駆動トランジスタ3を導通させ、制御信号F2が“H”のときに駆動トランジスタ5を導通させる。駆動トランジスタ1,4,6は非導通状態にする。
【0061】
通電相切換回路23は、制御信号F1,F2がそれぞれ“H”,“L”になると、駆動トランジスタ3を導通させ、駆動トランジスタ5を非導通にする。制御信号F1,F2がそれぞれ“L”,“H”になると、駆動トランジスタ3を非導通にし、駆動トランジスタ5を導通させる。制御信号F1,F2がともに“L”になると、駆動トランジスタ3,5をともに非導通にする。
【0062】
この結果、期間TU2においては、U相電流I1、V相電流I2及びW相電流I3の流れる向きが期間TU1における向きとは逆になる。その他の点については期間TU1と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0063】
図1のモータ駆動装置の期間TV1,TW1における動作は、次の点を除き、期間TU1と同様である。すなわち、V相電流I2を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間TV1においては、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ1に代えて駆動トランジスタ3を継続的に導通状態にさせる。また、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ4,6のそれぞれに代えて駆動トランジスタ6,2にスイッチング動作を行わせ、駆動トランジスタ1,4,5は非導通状態にする。
【0064】
W相電流I3を大きさがほぼ一定の吐き出し電流とする期間TW1においては、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ1に代えて駆動トランジスタ5を継続的に導通状態にさせる。また、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ4,6のそれぞれに代えて駆動トランジスタ2,4にスイッチング動作を行わせ、駆動トランジスタ1,3,6は非導通状態にする。
【0065】
図1のモータ駆動装置の期間TV2,TW2における動作は、次の点を除き、期間TU2と同様である。すなわち、V相電流I2を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間TV2においては、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ2に代えて駆動トランジスタ4を継続的に導通状態にさせる。また、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ3,5のそれぞれに代えて駆動トランジスタ5,1にスイッチング動作を行わせ、駆動トランジスタ2,3,6は非導通状態にする。
【0066】
W相電流I3を大きさがほぼ一定の吸い込み電流とする期間TW2においては、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ2に代えて駆動トランジスタ6を継続的に導通状態にさせる。また、通電相切換回路23は、駆動トランジスタ3,5のそれぞれに代えて駆動トランジスタ1,3にスイッチング動作を行わせ、駆動トランジスタ2,4,5は非導通状態にする。
【0067】
なお、モータ10の電気角360°を6分割したものに相当する期間を単位として制御する例について説明したが、例えば12分割してより短い期間毎に通電相を切り替えてもよい。
【0068】
また、基準パルスPIの1周期内で全相の電流のPWM制御が完了しない場合、すなわち、スイッチング動作をさせる駆動トランジスタが全て非導通にならないうちに基準パルスPIが入力される場合もあり得る。これは基準パルスPIの繰り返し周波数の設定が不適切な場合に生じる。このため、基準パルスPIが入力されると、スイッチング動作をさせる駆動トランジスタを一旦全て非導通にした後に、スイッチング動作を開始させるように、ロジック制御回路40を構成しておくことが望ましい。すると、直列に接続された駆動トランジスタに貫通電流が流れないようにすることができる。
【0069】
以上のように、本実施形態のモータ駆動装置によると、図2のようにトルク指令電圧TIに応じた振幅を有するほぼ台形の波形になるように、モータ10の相電流I1〜I3を制御することができるので、通電相切替時の相電流の変化を緩やかにすることができる。
【0070】
また、3相の電流をPWM制御する場合は、通常は3本の電流検出抵抗が必要である。しかし、本実施形態のモータ駆動装置は、1本の電流検出抵抗を用いて、3相の電流を制御することができ、相電流同士の大きさがばらつかないPWM制御を可能にする。電流検出抵抗の数が少なくて済むので、装置の規模を小さくすることができる。
【0071】
(第2の実施形態)
図11は、本発明の第2の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。図11のモータ駆動装置は、図1のモータ駆動装置において、通電期間制御部100を通電期間制御部200で置き換えたものである。その他の構成要素は図1を参照して説明したものと同様であるので、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【0072】
通電期間制御部200は、相別トルク信号発生回路230と、三角波発生器60と、エラーアンプ71,72と、比較器75,76と、オフセット付加リミッタ回路80とを備えている。
【0073】
図12は、オフセット付加リミッタ回路80の構成の例を示す回路図である。オフセット付加リミッタ回路80は、オペアンプ81と、オフセット設定電圧源82とを備えている。電圧源82は、オフセット付加リミッタ回路80の一方の入力端子と、オペアンプ81の正入力端子の1つとの間に接続されている。オペアンプ81の正入力端子の他の1つは、オフセット付加リミッタ回路80の他方の入力端子となっている。オフセット付加リミッタ回路80への入力信号の一方は、そのままスライスレベル信号SUとして出力される。オペアンプ81は、スライスレベル信号SLを出力する。
【0074】
図13は、図11のモータ駆動装置における相電流及び通電期間制御部200の信号を示すグラフである。図13は、図2,図4におけるt=t1付近を拡大して示している。図11及び図13を参照して、通電期間制御部200の動作及びモータ10に流れる電流について説明する。
【0075】
相別トルク信号発生回路230は、相別トルク信号発生回路30と同様に、トルク指令電圧に従って2つの相別のトルク信号を生成し、それぞれをエラーアンプ71,72に出力する。エラーアンプ71,72は、増幅器27が出力する信号をサンプル・ホールドする機能を有し、例えば、電流検出抵抗7に電流が流れる期間の終了直前における増幅器27の出力値をサンプル・ホールドする。エラーアンプ71,72は、それぞれに入力された相別のトルク信号と増幅器27の出力との差を増幅してオフセット付加リミッタ回路80に出力する。
【0076】
オフセット付加リミッタ回路80は、エラーアンプ71,72の出力に応じて、第1のスライスレベル信号SUと、第2のスライスレベル信号SLとをそれぞれ比較器75,76に出力する。スライスレベル信号SUは、トルク指令電圧TIが増大するに従って小さくなる信号であり、スライスレベル信号SLは、トルク指令電圧TIが増大するに従って大きくなる信号である。
【0077】
三角波発生器60は、図13のようにほぼ一定の周期の三角波SAを生成して、比較器75,76に出力する。比較器75は、三角波SAがスライスレベル信号SUよりも大きい場合には“H”、それ以外の場合には“L”をスイッチング動作制御信号F2として通電相切換回路23に出力する。比較器76は、スライスレベル信号SLが三角波SAよりも大きい場合には“H”、それ以外の場合には“L”をスイッチング動作制御信号F1として通電相切換回路23に出力する。
【0078】
オフセット付加リミッタ回路80は、スライスレベル信号SUがスライスレベル信号SLよりも常に大きくなるように、両者の間にオフセットを設けた上でレベルを制限して出力する。このため、比較器75,76のそれぞれが出力する制御信号F2,F1が“H”になる期間が重ならないようにすることができる。したがって、第1の実施形態と同様に、電流検出抵抗7には同時に複数の相電流が流れることがない。
【0079】
このように、本実施形態のモータ駆動装置は、通電相切替時の相電流の変化を緩やかにすることができ、かつ、1本の電流検出抵抗を用いて、3相の電流を制御することができる。
【0080】
(第3の実施形態)
以上の実施形態においては、相電流の波形が台形波となるように3相のモータを駆動する場合について説明した。相電流の波形は台形波である必要はなく、正弦波やその他の波形であってもよい。また、3相に限らず4相以上の偶数相のモータを駆動する際にも本発明を適用することができる。以下では、相電流の波形が台形波以外の場合について説明する。本実施形態では、図1のモータ駆動装置を変形したものを用いる。
【0081】
図14は、相電流が正弦波となるように3相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。このような動作をさせるためには、図1の相別トルク発生回路30の出力を、図4のようなノコギリ波の代わりに正弦波とすればよい。すなわち、信号TS2として正弦波の位相0〜60°の区間の波形を繰り返す信号を用い、信号TS1として正弦波の位相120〜180°の区間の波形を繰り返す信号を用いるようにすればよい。
【0082】
この場合、例えばW相電流の大きさは、これとは位相が120°異なる他の2相の電流(U相電流及びV相電流)の和に等しく、W相電流の向きは、他の2相の電流とは逆である。
【0083】
図15は、相電流が正弦波となるように4相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。特に図示しないが、4相駆動の場合は、駆動トランジスタ及びモータの各相のコイルは次のように接続されているものとする。
【0084】
すなわち、モータ駆動装置は、図1の駆動トランジスタ1,2及びダイオード1D,2Dで構成された回路のように、上アーム側駆動トランジスタと下アーム側駆動トランジスタとが直列に接続され、各駆動トランジスタのドレインとソースとの間にダイオードが接続された回路(ハーフブリッジ回路)を4つ有している。これらの4つのハーフブリッジは、それぞれ各相に対応しており、並列に接続されている。また、各ハーフブリッジの一端は、電源VCCに共通に接続され、他端は電流検出抵抗に共通に接続されている。電流検出抵抗の他端は接地されている。各ハーフブリッジの上アーム側駆動トランジスタと下アーム側駆動トランジスタとの接続点は、対応する相のコイルの一端に接続されている。各コイルの他端は互いに接続されている。
【0085】
相電流が図15のようになるような動作をさせるためには、図1の相別トルク発生回路30の出力を、図4のようなノコギリ波の代わりに正弦波とすればよい。すなわち、信号TS2として正弦波の位相0°〜90°の区間の波形を繰り返す信号を用い、信号TS1として正弦波の位相90°〜180°の区間の波形を繰り返す信号を用いるようにすればよい。
【0086】
偶数相のモータを駆動する場合は、電流の向きが異なり大きさがほぼ等しい2つの相(互いに逆位相の相)について、一方の相の上アーム側駆動トランジスタと他方の相の下アーム側駆動トランジスタとを組にして同時に駆動すればよいので、実質的に相数が半分のモータを駆動する場合と同様に制御することができる。すなわち、4相のモータは、各相電流の目標値として互いに位相が90°異なる正弦波を用いる2相正弦波駆動によって動作させることができる。
【0087】
図15の期間T41では、図6の期間T1,T2のように、U相上アーム側駆動トランジスタとW相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相下アーム側駆動トランジスタとX相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを交互に設ける。
【0088】
U相上アーム側駆動トランジスタとW相下アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、U相コイル、及びW相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、V相電流及びX相電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはU相電流(W相電流)しか流れないので、U相電流を検出することができ、U相及びW相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。
【0089】
また、V相下アーム側駆動トランジスタとX相上アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、V相コイル、及びX相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、U相電流及びW相電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはV相電流(X相電流)しか流れないので、V相電流を検出することができ、V相及びX相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。このように、検出すべき相電流が電流検出抵抗を流れる期間が、他の相電流が電流検出抵抗を流れる期間と重ならないようにする。
【0090】
同様に、期間T42では、U相上アーム側駆動トランジスタとW相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを設ける。期間T43では、U相下アーム側駆動トランジスタとW相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを設ける。期間T44では、U相下アーム側駆動トランジスタとW相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相下アーム側駆動トランジスタとX相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを設ける。この結果、相電流が正弦波となるように4相のモータを駆動することができる。
【0091】
図16は、相電流が正弦波となるように6相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。特に図示しないが、6相駆動の場合は、駆動トランジスタ及びモータの各相のコイルは次のように接続されているものとする。
【0092】
すなわち、モータ駆動装置は、ハーフブリッジを6つ有している。これらの6つのハーフブリッジは、それぞれ各相に対応しており、並列に接続されている。また、各ハーフブリッジの一端は、電源VCCに共通に接続され、他端は電流検出抵抗に共通に接続されている。電流検出抵抗の他端は接地されている。各ハーフブリッジの上アーム側駆動トランジスタと下アーム側駆動トランジスタとの接続点は、対応する相のコイルの一端に接続されている。各コイルの他端は互いに接続されている。
【0093】
相電流が図16のようになるような動作をさせるためには、図1の相別トルク発生回路30の出力を、図4のようなノコギリ波の代わりに正弦波とすればよい。すなわち、正弦波の位相0°〜60°、60°〜120°又は120°〜180°の区間の波形を繰り返す信号を用いるようにすればよい。
【0094】
6相のモータを駆動する場合は、4相の場合と同様に偶数相であるので、電流の向きが異なり大きさがほぼ等しい2つの相について、一方の相の上アーム側駆動トランジスタと他方の相の下アーム側駆動トランジスタとを組にして同時に駆動すればよい。したがって、実質的に相数が半分のモータを駆動する場合と同様に制御することができる。すなわち、6相のモータは、各相電流の目標値として互いに位相が60°異なる正弦波を用いる3相正弦波駆動によって動作させることができる。
【0095】
図16の期間T61では、U相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相下アーム側駆動トランジスタとY相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、W相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを順に設ける。
【0096】
U相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、U相コイル、及びX相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、U相及びX相電流以外の電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはU相電流(X相電流)しか流れないので、U相電流を検出することができ、U相及びX相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。
【0097】
また、V相下アーム側駆動トランジスタとY相上アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、V相コイル、及びY相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、V相及びY相電流以外の電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはV相電流(Y相電流)しか流れないので、V相電流を検出することができ、V相及びY相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。
【0098】
同様に、W相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間では、W相及びZ相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。このように、検出すべき相電流が電流検出抵抗を流れる期間が、他の相電流が電流検出抵抗を流れる期間と重ならないようにする。
【0099】
同様に、期間T62では、U相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、W相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを順に設ける。
【0100】
期間T63では、U相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、W相上アーム側駆動トランジスタとZ相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを順に設ける。以下、期間T64〜T66においても同様に導通させるトランジスタを切り替えていく。この結果、相電流が正弦波となるように6相のモータを駆動することができる。
【0101】
6相のモータを駆動する場合には、導通させるトランジスタを次のように切り替えてもよい。すなわち、図16の期間T62では、U相上アーム側駆動トランジスタとX相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる。この期間では、W相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、Y相下アーム側駆動トランジスタとV相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを繰り返し設ける。
【0102】
期間T63では、V相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる。この期間では、X相下アーム側駆動トランジスタとU相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、Z相下アーム側駆動トランジスタとW相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを繰り返し設ける。
【0103】
同様に、期間T64では、W相上アーム側駆動トランジスタとZ相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる。この期間では、Y相下アーム側駆動トランジスタとV相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、U相下アーム側駆動トランジスタとX相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを繰り返し設ける。以下、期間T65,T66等においても同様に導通させるトランジスタを切り替えていく。
【0104】
図17は、相電流が正弦波となるように8相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。特に図示しないが、8相駆動の場合は、駆動トランジスタ及びモータの各相のコイルは次のように接続されているものとする。
【0105】
すなわち、モータ駆動装置は、ハーフブリッジを8つ有している。これらの8つのハーフブリッジは、それぞれ各相に対応しており、並列に接続されている。また、各ハーフブリッジの一端は、電源VCCに共通に接続され、他端は電流検出抵抗に共通に接続されている。電流検出抵抗の他端は接地されている。各ハーフブリッジの上アーム側駆動トランジスタと下アーム側駆動トランジスタとの接続点は、対応する相のコイルの一端に接続されている。各コイルの他端は互いに接続されている。
【0106】
相電流が図17のようになるような動作をさせるためには、図1の相別トルク発生回路30の出力を、図4のようなノコギリ波の代わりに正弦波とすればよい。すなわち、正弦波の位相0°〜45°、45°〜90°、90°〜135°又は135°〜180°の区間の波形を繰り返す信号を用いるようにすればよい。
【0107】
8相のモータを駆動する場合は、4相の場合と同様に偶数相であるので、電流の向きが異なり大きさがほぼ等しい2つの相について、一方の相の上アーム側駆動トランジスタと他方の相の下アーム側駆動トランジスタとを組にして同時に駆動すればよい。したがって、実質的に相数が半分のモータを駆動する場合と同様に制御することができる。すなわち、8相のモータは、各相電流の目標値として互いに位相が45°異なる正弦波を用いる4相正弦波駆動によって動作させることができる。
【0108】
図17の期間T81では、U相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、W相下アーム側駆動トランジスタとA相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、X相下アーム側駆動トランジスタとB相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを順に設ける。
【0109】
U相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、U相コイル、及びY相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、U相及びY相電流以外の電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはU相電流(Y相電流)しか流れないので、U相電流を検出することができ、U相及びY相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。
【0110】
また、V相下アーム側駆動トランジスタとZ相上アーム側駆動トランジスタとを導通させる期間では、これらの駆動トランジスタ、V相コイル、及びZ相コイルを通過する電流が、電流検出抵抗を流れる。このとき、V相及びZ相電流以外の電流は回生電流として流れる。電流検出抵抗にはV相電流(Z相電流)しか流れないので、V相電流を検出することができ、V相及びZ相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。
【0111】
同様に、W相下アーム側駆動トランジスタとA相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間では、W相及びA相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。X相下アーム側駆動トランジスタとB相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間では、X相及びB相電流が目標値となるようにフィードバック制御することができる。このように、検出すべき相電流が電流検出抵抗を流れる期間が、他の相電流が電流検出抵抗を流れる期間と重ならないようにする。
【0112】
同様に、期間T82では、U相上アーム側駆動トランジスタとY相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、V相上アーム側駆動トランジスタとZ相下アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、W相下アーム側駆動トランジスタとA相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間と、X相下アーム側駆動トランジスタとB相上アーム側駆動トランジスタとを同時に導通させる期間とを順に設ける。以下、期間T83〜T88においても同様に導通させるトランジスタを切り替えていく。この結果、相電流が正弦波となるように8相のモータを駆動することができる。
【0113】
また、10相以上の偶数相のモータを駆動する場合についても同様に説明することができる。
【0114】
なお、第3の実施形態においては、第1の実施形態で説明したようなピーク電流制御を行ってもよいし、第2の実施形態で説明したような三角波スライスによるPWM制御を行ってもよい。
【0115】
以上の実施形態において、モータ駆動装置は、ダイオード1D〜6Dを備えるとして説明したが、これに代えて、駆動トランジスタ1〜6のそれぞれが寄生ダイオードを備えていてもよい。すなわち、駆動トランジスタ1〜6のそれぞれに構造的にダイオードが存在していてもよい。
【0116】
また、駆動トランジスタ1〜6は、n形MOSトランジスタ以外のトランジスタであってもよい。
【0117】
また、下アーム側駆動トランジスタ2,4,6のソースとグラウンドとの間に電流検出抵抗7を備える場合について説明したが、電源VCCと上アーム側駆動トランジスタ1,3,5のドレインとの間に電流検出抵抗を備えていてもよい。
【0118】
また、モータの結線はY結線であるとして説明したが、デルタ結線であってもよい。
【0119】
また、3相の相電流を、位相が進んでいるものから順にU相、V相、W相とする場合について説明したが、モータを逆転させるために、W相、V相、U相の順とする場合についても同様である。
【0120】
また、ホール素子を用いて位置検出を行う場合について説明したが、必ずしもホール素子を用いる必要はない。例えば、U相、V相、W相の各相毎にCRフィルタ回路を設け、PWM駆動電流の高調波成分をフィルタし、各相毎にフィルタ出力とモータのリファレンス電位(すなわち、Y結線された3つのコイルの接続点の電位)とを比較することによって、モータのロータの位置を検出することができる。しかし、PWM駆動電流の高調波成分に起因する誤動作を考慮すると、ホール素子を用いる方が有利である。
【0121】
また、ハーフブリッジを構成する、直列に接続された駆動トランジスタのうち、一方の導通している駆動トランジスタに他方の駆動トランジスタを同期させ、かつ、位相を反転させることによって同期整流駆動することも可能である。
【0122】
また、センサを用いずにモータを駆動することも可能である。すなわち、相電流の向きが切り替わるゼロクロス点前後においてその相の駆動トランジスタを非導通にしてその相の相電流がゼロであるマスク期間を設け、この期間内で逆起電圧を検出してロータ位置信号を得ることができる。マスク期間の前後での当該相電流がゼロであるようにトルク指令信号を与えることにより、マスク期間に遷移する際の急峻な相電流の変化を防止してセンサレスモータにおいても低振動、低ノイズの駆動を実現することができる。
【0123】
また、検出抵抗を1本とした場合について説明を行ったが、多相の場合は検出抵抗を2本以上に増やしてもよい。すなわち、8相の場合を例にとれば、検出抵抗を2本とし、4つの相の駆動トランジスタを検出抵抗の一方に共通に接続し、残りの相の駆動トランジスタを他方の検出抵抗に共通に接続してもよい。すると、一方の検出抵抗を利用する相と他方の検出抵抗を利用する相との間で、互いの回生期間を利用しなければならないという制約が無くなるため、PWM制御の最大デューティを大きくすることができる。
【0124】
【発明の効果】
本発明のモータ駆動装置によると、相電流が急激に変化しないようにすることができるので、モータの振動やノイズが相切り替え時に発生するのを抑えることができる。用いる電流検出抵抗の数が相数よりも少ないので、装置の規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。
【図2】図1のモータの各相電流の目標とする波形を示すグラフである。
【図3】図1の相別トルク信号発生回路の構成の例を示すブロック図である。
【図4】位置検出回路及び相別トルク信号発生回路に関する信号を示すグラフである。
【図5】図1のロジック制御回路の構成の例を示すブロック図である。
【図6】図1のロジック制御回路及び比較器の入出力信号を示すグラフである。
【図7】図1のモータ駆動装置における相電流を示すグラフである。
【図8】期間T1におけるモータに流れる電流の経路を示す説明図である。
【図9】期間T2におけるモータに流れる電流の経路を示す説明図である。
【図10】期間T3におけるモータに流れる電流の経路を示す説明図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。
【図12】オフセット付加リミッタ回路の構成の例を示す回路図である。
【図13】図11のモータ駆動装置における相電流及び通電期間制御部の信号を示すグラフである。
【図14】相電流が正弦波となるように3相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。
【図15】相電流が正弦波となるように4相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。
【図16】相電流が正弦波となるように6相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。
【図17】相電流が正弦波となるように8相のモータを駆動する場合の各相の出力電流波形を示すグラフである。
【図18】従来のピーク電流検出方式のモータ駆動装置のブロック図である。
【図19】図18のモータ駆動装置で駆動されたモータの各相電流の時間に対する変化を示すグラフである。
【図20】図19の時間t=tz付近における電流検出抵抗電圧(モータ電流検出信号)、V相及びW相の相電流を、時間軸を拡大して示したグラフである。
【符号の説明】
1〜3 上アーム側駆動トランジスタ(上アーム側スイッチング素子)
4〜6 下アーム側駆動トランジスタ(下アーム側スイッチング素子)
1D〜6D ダイオード
7 電流検出抵抗
10 モータ
11 U相コイル
12 V相コイル
13 W相コイル
21 ホール素子回路
22 位置検出回路
23 通電相切換回路
24 プリドライブ回路
30,230 相別トルク信号発生回路
40 ロジック制御回路
51 第1の比較器
52 第2の比較器
100,200 通電期間制御部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor driving technique, and more particularly to a PWM (pulse width modulation) type motor driving technique.
[0002]
[Prior art]
As a PWM drive method of a brushless motor, a triangular wave slice method and a peak current detection method are known. The triangle wave slicing method uses an error amplifier that sends a coil current to a detection resistor and outputs a difference between a voltage generated in the detection resistor and a torque command voltage as a slice level, and slices a triangle wave having a constant cycle at this slice level. This is a method for determining the current supply period to the coil. The peak current detection method is a method in which the supply of current to the coil is stopped when the voltage generated in the current detection resistor through which the coil current flows reaches the torque command voltage without using an error amplifier, and a regenerative current mode is set. .
[0003]
FIG. 18 is a block diagram of a conventional peak current detection type motor driving device. In FIG. 18, Hall elements 21A, 21B, and 21C detect the position of the rotor of motor 10 and output Hall element outputs S11, S12, and S13 to position detection circuit 22, respectively. The position detection circuit 22 obtains position signals S21, S22 and S23 based on the Hall element outputs S11, S12 and S13, and outputs them to the energized phase switching circuit 93. The position signals S21, S22 and S23 are signals obtained by shifting the phases of the Hall element outputs S11, S12 and S13 by 30 °.
[0004]
The energized phase switching circuit 93 determines the energized phase according to the position signals S21, S22 and S23. At this time, the current-carrying phase switching circuit 93 does not pass one of the three phases to make it easier to measure the phase current. The logic control circuit 95 is set when the reference pulse PI is input, changes the level of a signal output to the energized phase switching circuit 93, and controls the supply of current to the motor 10. The reference pulse PI is a periodic pulse.
[0005]
FIG. 19 is a graph showing a change over time of each phase current of the motor driven by the motor driving device of FIG. FIG. 19 shows the phase currents I1, I2, and I3 of the U, V, and W phases, respectively, and the current flowing from each of the drive transistors 1 to 6 toward the motor 10 is a positive current. As shown in FIG. 19, since the phase current of one phase is always zero, any one of the phase currents rapidly changes every 60 electrical degrees.
[0006]
Now, it is assumed that the logic control circuit 95 is set by the reference pulse PI. The energized phase switching circuit 93 makes only the W-phase upper-arm drive transistor 5 and the U-phase lower-arm drive transistor 2 conductive, for example. At this time, since a current flows through the current detection resistor 7 via the W-phase coil 13 and the U-phase coil 11, the magnitude of this current can be detected as a voltage generated in the current detection resistor 7. Since this current flows through the inductive coil, it gradually increases after the drive transistors 2 and 5 conduct.
[0007]
When the current increases and the voltage generated in the current detection resistor 7 reaches the torque command voltage TI, the output level of the comparator 96 changes, and the logic control circuit 95 is reset. The logic control circuit 95 inverts the level of the signal output to the energized phase switching circuit 93, and the energized phase switching circuit 93 turns off the drive transistor 2.
[0008]
Thus, the period from when the logic control circuit 95 is set to when it is reset is the on-duty period of the switching operation. After the logic control circuit 95 is reset, the current flowing through the coils 11 and 13 continues to flow, so that a regenerative current flows through the diode 1D existing between the source and the drain of the driving transistor 1. Since the regenerative current does not pass through the current detection resistor 7, the voltage generated at the current detection resistor 7 during regeneration becomes zero.
[0009]
The regenerative current gradually decreases, but when the reference pulse PI is input again, the logic control circuit 95 is set, and the energized phase switching circuit 93 makes the drive transistor 2 conductive. Such an operation is repeated until the energized phase switching circuit 93 switches the energized phase. As described above, as a result of the drive current flowing when the logic control circuit 95 is set and the regenerative current flowing when the logic control circuit 95 is reset flowing alternately, a phase current substantially corresponding to the torque command voltage TI flows through a predetermined coil. Can be.
[0010]
FIG. 20 is a graph showing the current detection resistance voltage (motor current detection signal) MC and the phase currents I2 and I3 of the V and W phases near the time t = tz in FIG. In FIG. 20, a period T91 is a period in which the drive currents of the U-phase current and the V-phase current flow, and this current flows through the current detection resistor 7. The period T92 is a period during which U-phase and V-phase currents flow as regenerative currents. The period T93 is a period in which the drive currents of the U-phase current and the W-phase current flow, and this current flows through the current detection resistor 7. The period T94 is a period during which U-phase and W-phase currents flow as regenerative currents.
[0011]
Such techniques and related techniques are disclosed in Patent Documents 1 and 2.
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-11-18474
[Patent Document 2]
JP 2003-79182 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional motor driving device as shown in FIG. 18, since the phase current changes rapidly as shown in FIG. 19, when the phase current is switched, there is a problem that the motor vibrates or generates electromagnetic noise. Was.
[0014]
In order to prevent such a problem from occurring, control may be performed so that each phase current is not suddenly changed.However, in order to detect and control a plurality of phase currents, the number of phases equal to the number of phases is required. A current detection resistor was required. Since it is difficult to incorporate a current detection resistor into an integrated circuit, there is a problem that if the number of current detection resistors is large, the scale of the device becomes large and costs increase.
[0015]
Further, since the characteristics of the resistors generally vary, there is a problem that the current detection characteristics are different for each phase when the current detection resistors corresponding to the respective phases are used. For example, even if the magnitudes of the two phase currents are actually the same, the magnitudes of the detected currents may be different.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce motor vibration and electromagnetic noise by controlling a plurality of phase currents so as not to change abruptly by using a smaller number of current detection resistors than the number of phase currents.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The motor driving method of the present invention includes a plurality of output circuits having an upper-arm switching element and a lower-arm switching element connected in series, and is serially connected to the plurality of output circuits, and commonly connected, A motor including a current detection resistor for detecting a current supplied to the plurality of output circuits, and supplying a current to the motor from a connection point between an upper arm switching element and a lower arm switching element in each of the output circuits; A method of driving a motor in a driving device, comprising: obtaining a position signal corresponding to a position of a rotor of the motor; and setting one switching element in one of the plurality of output circuits according to the position signal. Selecting and conducting in a period corresponding to a predetermined electrical angle; and When the switching element is an arm switching element, the lower arm switching element in any one of the plurality of output circuits performs a switching operation, and when the switching element to be turned on is the lower arm switching element, the plurality of outputs are output. Causing the upper-arm switching element in any one of the remaining plurality of circuits to perform a switching operation.In the step of performing the switching operation, in each of the plurality of periods in which the period corresponding to the predetermined electrical angle is divided. The input is performed so that there is a first period during which one switching element is turned on among the switching elements that perform the switching operation, and a second period during which a switching element different from the first switching element is turned on. Torque command signal and current detection Depending on the voltage generated in the anti, and controls the switching operation.
[0018]
According to this, since there are a first period in which one switching element is turned on and a second period in which a switching element different from the first switching element is turned on, the number of phase currents equal to or more than the number of current detection resistors is provided. Can be controlled. For this reason, it is possible to perform the PWM control in which the magnitudes of the phase currents do not vary, to avoid a sudden change in the phase current, and to reduce the vibration and the electromagnetic noise of the motor at the time of the phase switching.
[0019]
According to another motor driving method of the present invention, there are provided at least four even-numbered output circuits each having an upper-arm switching element and a lower-arm switching element connected in series, and the four or more even-numbered output circuits. A current detection resistor for detecting a current supplied to the even numbered output circuits of 4 or more, and an upper arm side switching element and a lower side in each of the output circuits; A method of driving a motor in a motor driving device for supplying a current to a motor from a connection point with an arm-side switching element, wherein a step of obtaining a position signal corresponding to a position of a rotor of the motor, One of the switching elements is selected according to the position signal, and the selected switching element is an upper arm side switch. If the selected switching element is a switching element, the selected switching element sets the pair of the lower arm side switching element and the selected switching element corresponding to the opposite phase of the corresponding phase to the selected switching element. When the element is a lower arm side switching element, a set of the upper arm side switching element and the selected switching element of the output circuit corresponding to the opposite phase of the phase corresponding to the selected switching element, Conducting the conduction in a period corresponding to the predetermined electrical angle, and, when the selected switching element is an upper arm switching element, each of the lower arm switching elements in any one of the remaining plurality of output circuits. The upper arm side switch of the output circuit corresponding to the opposite phase of the phase corresponding to each of these Switching operation with each of the sets of the switching elements, and when the selected switching element is a lower-arm switching element, each of the upper-arm switching elements in any of the remaining plurality of output circuits and Performing a switching operation on each of a set of an output circuit and a lower arm side switching element corresponding to a phase opposite to the phase corresponding to each of the phases. In each of a plurality of periods in which a period corresponding to is divided, a first period in which one set of switching elements is turned on among a set of switching elements performing the switching operation is different from the one set of switching elements. So that there is a second period for conducting the set of switching elements. The switching operation is controlled in accordance with the applied torque command signal and the voltage generated in the current detection resistor.
[0020]
In the motor driving method, in the step of performing the switching operation, the first period may start when a reference pulse is input, and end when a voltage generated in the current detection resistor reaches a target signal. preferable.
[0021]
In the motor driving method, in the step of performing the switching operation, it is preferable that when the reference pulse is input, the first period is started after all the switching elements to be switched are turned off.
[0022]
Further, another motor driving method of the present invention includes a plurality of output circuits having an upper arm switching element and a lower arm switching element connected in series, and in series with the plurality of output circuits, and And a current detection resistor for detecting a current supplied to the plurality of output circuits, and a plurality of phases from a connection point between the upper arm switching element and the lower arm switching element in each of the output circuits. A motor driving method for a motor driving device for supplying a current to a motor coil, wherein a section in which the phase currents of the plurality of phases of the motor coils flow simultaneously is divided into a PWM (pulse width modulation) control period. In the PWM control period, the current flowing through the current detection resistor is set to the upper arm side or the lower arm side. Selectively select each of the switching elements until a signal corresponding to a current value to be passed for each of the switching elements matches a signal obtained from the current detection resistor so as to match a current passing through one of the switching elements. The PWM control is performed so as to have a period in which the phase current is turned on and a period in which a phase current other than the phase related to the specific switching element is in a regenerative state.
[0023]
Further, the motor driving device of the present invention includes a plurality of output circuits each having an upper arm switching element and a lower arm switching element connected in series, and each of the output circuits includes an upper arm switching element and a lower arm side. A motor driving device for supplying a current to a motor from a connection point with a switching element, wherein the motor driving device is connected in series with the plurality of output circuits, and is commonly connected to detect a current supplied to the plurality of output circuits. A current detecting resistor, a position detecting unit that outputs a position signal corresponding to the position of the rotor of the motor, and selecting one switching element in any one of the plurality of output circuits according to the position signal. Then, while conducting during a period corresponding to a predetermined electrical angle, the switching element to be conducted is an upper arm side switching element In the case where the switching operation is performed on the lower arm side switching element in any one of the remaining plurality of output circuits, and when the switching element to be turned on is the lower arm side switching element, any one of the remaining output circuits is used. And an energizing phase switching circuit that causes the upper arm switching element to perform a switching operation, and a plurality of switching elements that perform the switching operation in each of a plurality of periods separated by a period corresponding to the predetermined electrical angle. The input torque command signal and the voltage generated in the current detection resistor so that there is a first period in which the switching element is turned on and a second period in which the switching element different from the first switching element is turned on. The switching operation by the energized phase switching circuit is controlled according to It generates switching operation control signal, in which a conduction period control unit to output.
[0024]
Further, in the motor driving device, the energization period control unit may be configured to control a first value corresponding to a target value of a current to be passed through the current detection resistor in the first period in accordance with the torque command signal and the position signal. A target signal, a second target signal corresponding to a target value of a current to be passed through the current detection resistor in the second period, and a phase-specific torque signal generating circuit that outputs the target signal; and a voltage generated in the current detection resistor. A first comparator for determining whether or not the voltage exceeds the first target signal and outputting the result; and a determination whether or not a voltage generated at the current detection resistor exceeds the second target signal. And a second comparator for outputting the result, and a switching operation control signal generated and output in response to a reference pulse defining a cycle of the switching operation and outputs of the first and second comparators. Wherein the logic control circuit determines that a voltage generated in the current detection resistor exceeds the first target signal. Terminating the first period, and when the result of the determination by the second comparator indicates that the voltage generated at the current detection resistor exceeds the second target signal, the second period is terminated. It is preferable to generate and output the switching operation control signal so as to end the operation.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, as an example, a case where a motor driving device drives a three-phase brushless motor will be described.
[0026]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of the motor drive device according to the first embodiment of the present invention. 1 includes a U-phase, V-phase, and W-phase upper-arm drive transistors 1, 3, and 5, a U-phase, V-phase, and W-phase lower-arm drive transistors 2, 4, and 6, and a diode 1D. , 2D, 3D, 4D, 5D, 6D, the current detection resistor 7, the Hall element circuit 21, the position detection circuit 22, the conduction phase switching circuit 23, the pre-drive circuit 24, the amplifier 27, and the torque for each phase. The circuit includes a signal generation circuit 30, a logic control circuit 40, and comparators 51 and 52. On the other hand, the motor 10 includes a U-phase coil 11, a V-phase coil 12, and a W-phase coil 13. The phase-specific torque signal generation circuit 30, the logic control circuit 40, and the comparators 51 and 52 constitute an energization period control unit 100. The Hall element circuit 21 and the position detection circuit 22 constitute a position detection unit.
[0027]
It is assumed that drive transistors 1 to 6 are n-type MOS (metal oxide semiconductor) transistors. The anode and cathode of the diode 1D are connected to the source and drain of the driving transistor 1, respectively. Similarly, diodes 2D to 6D are connected to the driving transistors 2 to 6, respectively. The drains of the driving transistors 1, 3, 5 are connected to the power supply VCC, and the sources of the driving transistors 2, 4, 6 are connected to one end of the current detection resistor 7. The other end of the current detection resistor 7 is grounded. The driving transistors 1 to 6 operate as switching elements.
[0028]
The drive transistors 1 and 2 and the diodes 1D and 2D constitute a U-phase output circuit (half-bridge circuit). The driving transistors 3 and 4 and the diodes 3D and 4D constitute a V-phase output circuit. The drive transistors 5, 6 and the diodes 5D, 6D constitute a W-phase output circuit. A current supplied to these output circuits from the power supply VCC flows through the current detection resistor 7.
[0029]
The source of the driving transistor 1 is connected to the drain of the driving transistor 2, and further connected to one end of the U-phase coil 11 of the motor 10. The source of the driving transistor 3 is connected to the drain of the driving transistor 4, and further connected to one end of the V-phase coil 12 of the motor 10. The source of the driving transistor 5 is connected to the drain of the driving transistor 6 and further connected to one end of the W-phase coil 13 of the motor 10. The other end of U-phase coil 11 is connected to the other ends of V-phase coil 12 and W-phase coil 13.
[0030]
Here, a current flowing from the drive transistors 1 and 2 toward the U-phase coil 11 is defined as a U-phase current I1. Similarly, the current flowing from drive transistors 3 and 4 toward V-phase coil 12 is referred to as V-phase current I2, and the current flowing from drive transistors 5 and 6 toward W-phase coil 13 is referred to as W-phase current I3. A current flowing from the drive transistors 1 to 6 toward the coils 11 to 13 is referred to as a discharge current, and a current in the opposite direction is referred to as a sink current. The direction of the discharge current is the positive direction of each phase current. Since coils 11 to 13 of motor 10 are Y-connected, each phase current is equal to the current flowing in the corresponding coil.
[0031]
The Hall element circuit 21 includes Hall elements 21A, 21B, and 21C. Each of the Hall elements 21A, 21B, 21C detects the position of the rotor of the motor 10 and outputs Hall element outputs S11, S12, S13 to the position detection circuit 22. The position detection circuit 22 obtains the position signals S21, S22, S23 and PS based on the Hall element outputs S11, S12 and S13, and outputs the position signals S21, S22 and S23 to the energized phase switching circuit 23 and the position signal PS for each phase. Output to the torque signal generating circuit 30.
[0032]
The phase-specific torque signal generation circuit 30 generates voltage signals TS1 and TS2 corresponding to a target value of a current flowing through the current detection resistor 7 based on the position signal PS and the torque command voltage (torque command signal) TI, and compares the signals. And outputs to the positive input terminals of the devices 51 and 52, respectively. The amplifier 27 is connected to both ends of the current detection resistor 7 and outputs a motor current detection signal MC corresponding to a voltage generated at the current detection resistor 7 to negative input terminals of the comparators 51 and 52.
[0033]
The comparators 51 and 52 output the results of comparing the input signals to the logic control circuit 40 as outputs CP1 and CP2, respectively. A reference pulse PI is further input to the logic control circuit 40. The logic control circuit 40 generates switching operation control signals F1 and F2 that define a period during which the drive transistors 1 to 6 are turned on, and outputs the generated switching operation control signals to the energized phase switching circuit 23.
[0034]
Based on the position signals S21, S22, S23 and the control signals F1, F2, the energized phase switching circuit 23 selects one of the drive transistors 1 to 6 to be made conductive and instructs the pre-drive circuit 24. The pre-drive circuit 24 outputs a signal to the gates of the driving transistors 1 to 6 according to the output of the energized phase switching circuit 23, and controls conduction / non-conduction of the driving transistors 1 to 6.
[0035]
FIG. 2 is a graph showing a target waveform of each phase current I1 to I3 of the motor 10 of FIG. The motor drive device of FIG. 1 controls the current supply to the motor 10 as shown in FIG. 2 so that the phase currents I1 to I3 of the motor 10 do not suddenly change. The motor drive device of FIG. 1 divides the electric angle 360 ° of the motor 10 into six, for example, and divides the electric angle 360 into six at every period corresponding to the divided electric angle, that is, the angle of the rotor of the motor 10 corresponding to the divided electric angle. Each time the motor rotates, the current of the motor 10 is controlled while switching the energized phase.
[0036]
For example, a period TU1 in FIG. 2 is a period corresponding to an electrical angle of 60 °. In the period TU1, the U-phase current I1 is a discharge current, and its magnitude is substantially constant. The V-phase current I2 is a sink current, and its magnitude gradually decreases with time t. The W-phase current I3 is a sink current, and its magnitude gradually increases from 0 with time t. Therefore, in the period TU1, the U-phase upper-arm drive transistor 1 is continuously turned on. The V-phase and W-phase lower arm side drive transistors 4 and 6 perform a switching operation so that the V-phase current I2 and the W-phase current I3 become as shown in FIG. And control.
[0037]
FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the phase-specific torque signal generation circuit 30 of FIG. The phase-specific torque signal generating circuit 30 in FIG. 3 includes a double edge differentiating circuit 31, constant current sources 32 and 36, switches 33 and 37, capacitors 34 and 38, and level control circuits 35 and 39. .
[0038]
FIG. 4 is a graph showing signals related to the position detection circuit 22 and the phase-specific torque signal generation circuit 30. The position detection circuit 22 obtains a position signal S21 indicating the rotor position of the motor 10 based on the Hall element outputs S11 and S12. Here, as an example, the difference between the Hall element outputs S11 and S12 is set as a position signal S21 (S21 = S11-S12). The Hall element outputs S11 and S12 are approximate sine waves, and when the phase of the Hall element output S11 is ahead of S12 by 120 °, the phase of the position signal S21 is ahead of the Hall element output S11 by 30 °. Similarly, the position detection circuit 22 obtains the position signals S22 and S23 by, for example, S22 = S12-S13 and S23 = S13-S11.
[0039]
The position detection circuit 22 obtains a position signal PS based on the obtained position signals S21, S22, S23. The position signal PS rises when the position signal S21 changes from negative to positive, falls when the position signal S23 changes from positive to negative, and rises when the position signal S22 changes from negative to positive. This signal is a signal that repeats a pulse that falls when the signal S21 changes from positive to negative, a pulse that rises when the position signal S23 changes from negative to positive, and a pulse that falls when the position signal S22 changes from positive to negative. . The timing of the edge of the position signal PS is a timing at which the waveforms of the Hall element outputs S11, S12, and S13 cross as shown in FIG.
[0040]
The operation of the phase-specific torque signal generation circuit 30 will be described with reference to FIGS. The position signal PS output from the position detection circuit 22 is input to the both edge differentiating circuit 31. When the edge of the position signal PS is detected, the both-edge differentiating circuit 31 outputs a reset pulse signal S31 that becomes “L” for a certain period of time and becomes “H” otherwise, as a control signal to the switch 33 (“H”, “H”). L ″ represents a logical high potential and a low potential, respectively).
[0041]
One end of the capacitor 34 is connected to one end of the constant current source 32, and the capacitor 34 is connected to the power supply VCC via the switch 33. The other end of the capacitor 34 is grounded. The switch 33 conducts only when the reset pulse signal S31 is "L" to charge the capacitor 34, and the capacitor 34 is discharged by the current flowing from the constant current source 32.
[0042]
One end of the capacitor 38 is connected to the output of the constant current source 36 and is grounded via the switch 37. The other end of the capacitor 38 is grounded. The capacitor 36 is charged by the current flowing from the constant current source 32, and the switch 37 conducts only when the reset pulse signal S31 is "L" to discharge the capacitor 38. Therefore, the voltages S33 and S34 of the capacitors 34 and 38 are sawtooth waves as shown in FIG.
[0043]
The level control circuit 35 receives the torque command voltage TI and the voltage S33 as inputs, and converts a signal TS1 obtained by multiplying the voltage S33 by a gain such that a peak of the voltage S33 becomes equal to the torque command voltage TI as a first target signal. Is output to the comparator 51. Similarly, the level control circuit 39 receives the torque command voltage TI and the voltage S34 as inputs, and converts the signal TS2 obtained by multiplying the voltage S34 by a gain such that the peak of the voltage S34 becomes equal to the torque command voltage TI to a second signal. Is output to the comparator 52 as the target signal of
[0044]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the logic control circuit 40 of FIG. The logic control circuit 40 of FIG. 5 includes an RS flip-flop 41 as a first latch circuit, an RS flip-flop 42 as a second latch circuit, inverters 44 and 45, and a NAND gate 46. The inverters 44 and 45 and the NAND gate 46 constitute a logic circuit 49. FIG. 6 is a graph showing input / output signals of the logic control circuit 40 and the comparators 51 and 52 of FIG. FIG. 7 is a graph showing a phase current in the motor drive device of FIG. FIGS. 6 and 7 are enlarged views of the vicinity of t = t1 in FIGS.
[0045]
The operation of the logic control circuit 40 and the current flowing through the motor 10 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, the reference pulse PI is a pulse signal having a substantially constant cycle, and this cycle is a reference for the cycle of the PWM control. Each of the periods between the reference pulses PI is also referred to as a PWM control period.
[0046]
The reference pulse PI is input to the set terminals of the RS flip-flops 41 and 42 in FIG. When the reference pulse PI falls, the RS flip-flop 41 is set, so that the control signal F1 becomes “H”. Then, the output of the logic circuit 49 becomes "L", the RS flip-flop 42 is reset, and the control signal F2 becomes "L".
[0047]
It is assumed that the energized phase switching circuit 23 has determined based on the position signals S21, S22, and S23 that the current time is within the period TU1 of FIG. As shown in FIG. 2, this period TU1 is a period in which the U-phase current I1 is a discharge current having a substantially constant magnitude. In the period TU1, since the U-phase current I1 is the only discharge current, the energized phase switching circuit 23 keeps the drive transistor 1 conductive. Since the V-phase current I2 and the W-phase current I3 are sink currents and need to be changed in magnitude, the energized phase switching circuit 23 performs a switching operation on the drive transistors 4, 6 according to the control signals F1, F2. Let In the period TU1, the energized phase switching circuit 23 turns on the drive transistor 4 when the control signal F1 is "H", and turns on the drive transistor 6 when the control signal F2 is "H". The drive transistors 2, 3, and 5 are turned off.
[0048]
When the control signals F1 and F2 become “H” and “L”, respectively, the energized phase switching circuit 23 turns on the drive transistor 4 (first period T1). At this time, a current flows from the drive transistor 1 toward the U-phase coil 11 as a discharge current. The current flowing through the U-phase coil 11 flows through the V-phase coil 12 toward the drive transistor 4 as a sink current.
[0049]
When the drive transistor 4 is conducting, the V-phase current I2 flowing through the V-phase coil 12 flows through the current detection resistor 7. The magnitude of the current flowing through the current detection resistor 7 is equal to the U-phase current I1 flowing through the U-phase coil 11. A voltage proportional to the magnitude of the current flowing through the current detection resistor 7 is generated, and the amplifier 27 outputs this voltage to the negative input terminal of the comparator 51 as a motor current detection signal MC.
[0050]
Since the U-phase coil 11, V-phase coil 12, and W-phase coil 13 are inductive loads, the V-phase current I2 gradually increases during the period T1 after the drive transistor 4 is turned on (see FIG. 7). Therefore, the motor current detection signal MC also gradually increases. When the voltage of the motor current detection signal MC reaches the voltage of the signal TS1 (see FIG. 6), the comparator 51 changes the output CP to “L”. Then, the RS flip-flop 41 is reset, and its output is inverted to “L”. Since the control signal F1 becomes "L", the RS flip-flop 42 is set, the control signal F2 becomes "H", and the process shifts to the second period T2.
[0051]
During the period T2, the control signals F1 and F2 become “L” and “H”, respectively, so that the energized phase switching circuit 23 turns off the drive transistor 4 and turns on the drive transistor 6. When the driving transistor 4 is turned off, a regenerative current of the V-phase coil 12 flows through the diode 3D between the source and the drain of the driving transistor 3 and the driving transistor 1. The V-phase current I2 flowing as the regenerative current gradually decreases (see FIG. 7). At this time, only the current flowing through the W-phase coil 13 flows through the current detection resistor 7, so that the current of the W-phase coil 13 can be detected without being affected by the current of the V-phase coil 12.
[0052]
During the period T2, since the drive transistors 1 and 6 are conducting, the current of the W-phase coil 13 continues to increase (see FIG. 7), and the current flowing to the current detection resistor 7 continues to increase. When the voltage of the motor current detection signal MC increases and reaches the voltage of the signal TS2 output from the phase-specific torque signal generator 30, the comparator 52 changes the output CP2 to "L". Then, the RS flip-flop 42 is reset, the control signal F2 becomes “L”, and the operation shifts to the operation in the period T3.
[0053]
During the period T3, since the control signals F1 and F2 are both at "L", the conduction phase switching circuit 23 turns off the drive transistors 4 and 6.
[0054]
As described above, while the control signal F1 is at “H”, the drive transistor 4 is turned on, and while the control signal F2 is at “H”, the drive transistor 6 is turned on. During the period T1 in which the control signals F1 and F2 are “H” and “L”, respectively, the current flowing through the V-phase coil 12 is controlled to a value corresponding to the signal TS1, and the control signals F1 and F2 are set to “ In the period T2 in which the current is L "and" H ", the current flowing through the W-phase coil 13 is controlled so as to have a value corresponding to the signal TS2.
[0055]
That is, of the two-phase (V-phase and W-phase) drive transistors 4 and 6 that perform the switching operation in the period TU1, the drive transistor 4 in the phase (V-phase) in which the magnitude of the current is to be reduced in the period TU1 is first. And the transistor is turned off, and at the same time, the drive transistor 6 of the phase (W phase) in which the magnitude of the current is to be increased is turned on (see FIG. 2). The W-phase drive transistor 4 may be turned on first, and the V-phase drive transistor 4 may be turned on at the same time as turning off this transistor.
[0056]
In a period T3 in which the control signals F1 and F2 are both "L", only the regenerative current flows through the coils 11 to 13. V-phase current I2 and W-phase current I3 flowing as regenerative currents gradually decrease (see FIG. 7). When the reference pulse PI is input to the logic control circuit 40, the control signals F1 and F2 become "H" and "L", respectively, and the same process is repeated thereafter.
[0057]
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through the motor 10 during the period T1. As shown in FIG. 8, in the period T1, the V-phase current I2 flowing through the V-phase coil 12 is changed from the power supply to the drive transistor 1, the U-phase coil 11, the V-phase coil 12, the drive transistor 4, and the current detection resistor 7 in this order. Flows. On the other hand, the W-phase current I3 flowing through the W-phase coil 13 is a regenerative current, and flows in a loop in the order of the drive transistor 1, the U-phase coil 11, the W-phase coil 13, and the diode 5D. Therefore, only the V-phase current I2 can be detected from the voltage generated at the current detection resistor 7.
[0058]
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through the motor 10 during the period T2. As shown in FIG. 9, in the period T2, the V-phase current I2 flowing through the V-phase coil 12 is a regenerative current, and forms a loop in the order of the driving transistor 1, the U-phase coil 11, the V-phase coil 12, and the diode 3D. Flows. On the other hand, the W-phase current I3 flowing through the W-phase coil 13 flows from the power supply in the order of the drive transistor 1, the U-phase coil 11, the W-phase coil 13, the drive transistor 6, and the current detection resistor 7. Therefore, only the W-phase current I3 can be detected from the voltage generated at the current detection resistor 7.
[0059]
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through the motor 10 during the period T3. As shown in FIG. 10, in the period T3, the V-phase current I2 flowing through the V-phase coil 12 is a regenerative current, and flows in a loop as in FIG. On the other hand, the W-phase current I3 flowing through the W-phase coil 13 is also a regenerative current and flows in a loop shape as in FIG. Therefore, no current flows through the current detection resistor 7. As described above, in the coils 11 to 13, the drive current flowing when the drive transistors of the output circuits of the respective phases are conducted and the regenerative current flowing through the diodes of the output circuits of the respective phases alternately flow.
[0060]
Next, the operation of the motor drive device of FIG. 1 during the period TU2 of FIG. 2 will be described. As shown in FIG. 2, this period TU2 is a period in which the U-phase current I1 is a sink current having a substantially constant magnitude. In the period TU2, since the U-phase current I1 is the only sink current, the energized phase switching circuit 23 keeps the drive transistor 2 conductive. Since the V-phase current I2 and the W-phase current I3 are discharge currents and need to be changed in magnitude, the energized phase switching circuit 23 causes the drive transistors 3 and 5 to perform a switching operation. In the period TU2, the energized phase switching circuit 23 makes the drive transistor 3 conductive when the control signal F1 is "H", and makes the drive transistor 5 conductive when the control signal F2 is "H". The drive transistors 1, 4, and 6 are turned off.
[0061]
When the control signals F1 and F2 become “H” and “L”, respectively, the energized phase switching circuit 23 turns on the drive transistor 3 and turns off the drive transistor 5. When the control signals F1 and F2 become “L” and “H”, respectively, the driving transistor 3 is turned off and the driving transistor 5 is turned on. When the control signals F1 and F2 both become "L", the drive transistors 3 and 5 are both turned off.
[0062]
As a result, in the period TU2, the directions in which the U-phase current I1, the V-phase current I2, and the W-phase current I3 flow are opposite to the directions in the period TU1. The other points are the same as those in the period TU1, and a detailed description thereof will be omitted.
[0063]
The operation of the motor driving device in FIG. 1 in the periods TV1 and TW1 is the same as that in the period TU1 except for the following points. That is, in the period TV1 in which the V-phase current I2 is a discharge current having a substantially constant magnitude, the energized phase switching circuit 23 causes the drive transistor 3 instead of the drive transistor 1 to be continuously turned on. Further, the energized phase switching circuit 23 causes the driving transistors 6 and 2 to perform a switching operation instead of the driving transistors 4 and 6, respectively, so that the driving transistors 1, 4 and 5 are turned off.
[0064]
In the period TW1 in which the W-phase current I3 is a discharge current having a substantially constant magnitude, the energized phase switching circuit 23 causes the drive transistor 5 instead of the drive transistor 1 to be continuously turned on. The energized phase switching circuit 23 causes the driving transistors 2 and 4 to perform a switching operation instead of the driving transistors 4 and 6, respectively, so that the driving transistors 1, 3 and 6 are turned off.
[0065]
The operation of the motor driving device in FIG. 1 in the periods TV2 and TW2 is the same as that in the period TU2 except for the following points. That is, in the period TV2 in which the V-phase current I2 is a sink current having a substantially constant magnitude, the energized phase switching circuit 23 causes the drive transistor 4 instead of the drive transistor 2 to be continuously turned on. The energized phase switching circuit 23 causes the driving transistors 5 and 1 to perform a switching operation instead of each of the driving transistors 3 and 5, and brings the driving transistors 2, 3 and 6 into a non-conductive state.
[0066]
In a period TW2 in which the W-phase current I3 is a sink current having a substantially constant magnitude, the energized phase switching circuit 23 causes the drive transistor 6 instead of the drive transistor 2 to be continuously turned on. The energized phase switching circuit 23 causes the driving transistors 1 and 3 to perform a switching operation instead of the driving transistors 3 and 5, respectively, so that the driving transistors 2, 4 and 5 are turned off.
[0067]
Although an example has been described in which control is performed in units of a period corresponding to the electric angle of 360 degrees of the motor 10 divided into six, the energized phase may be switched for each shorter period, for example, divided into twelve.
[0068]
Further, when the PWM control of the current of all phases is not completed within one cycle of the reference pulse PI, that is, the reference pulse PI may be input before all the driving transistors for performing the switching operation are not turned off. This occurs when the repetition frequency of the reference pulse PI is improperly set. For this reason, it is desirable that the logic control circuit 40 be configured so that, when the reference pulse PI is input, the drive transistors that perform the switching operation are all turned off once, and then the switching operation is started. Then, it is possible to prevent a through current from flowing through the driving transistors connected in series.
[0069]
As described above, according to the motor driving device of the present embodiment, the phase currents I1 to I3 of the motor 10 are controlled so as to have a substantially trapezoidal waveform having an amplitude corresponding to the torque command voltage TI as shown in FIG. Therefore, the change of the phase current at the time of the energized phase switching can be moderated.
[0070]
When PWM control is performed on three-phase currents, three current detection resistors are usually required. However, the motor drive device of the present embodiment can control three-phase currents using one current detection resistor, and enables PWM control in which the magnitudes of the phase currents do not vary. Since the number of current detection resistors is small, the scale of the device can be reduced.
[0071]
(Second embodiment)
FIG. 11 is a block diagram of a motor drive device according to the second embodiment of the present invention. The motor drive device of FIG. 11 is obtained by replacing the energization period control unit 100 with an energization period control unit 200 in the motor drive device of FIG. The other components are the same as those described with reference to FIG. 1, and thus the same reference numerals are given and the description will be omitted.
[0072]
The energization period control section 200 includes a phase-specific torque signal generation circuit 230, a triangular wave generator 60, error amplifiers 71 and 72, comparators 75 and 76, and an offset addition limiter circuit 80.
[0073]
FIG. 12 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the offset adding limiter circuit 80. The offset adding limiter circuit 80 includes an operational amplifier 81 and an offset setting voltage source 82. The voltage source 82 is connected between one input terminal of the offset adding limiter circuit 80 and one of the positive input terminals of the operational amplifier 81. The other one of the positive input terminals of the operational amplifier 81 is the other input terminal of the offset adding limiter circuit 80. One of the input signals to the offset adding limiter circuit 80 is directly output as the slice level signal SU. The operational amplifier 81 outputs a slice level signal SL.
[0074]
FIG. 13 is a graph showing the phase current and the signal of the conduction period control unit 200 in the motor drive device of FIG. FIG. 13 is an enlarged view of the vicinity of t = t1 in FIGS. With reference to FIG. 11 and FIG. 13, an operation of the energization period control unit 200 and a current flowing through the motor 10 will be described.
[0075]
The phase-specific torque signal generation circuit 230 generates two phase-specific torque signals in accordance with the torque command voltage, and outputs them to the error amplifiers 71 and 72, similarly to the phase-specific torque signal generation circuit 30. The error amplifiers 71 and 72 have a function of sampling and holding a signal output from the amplifier 27. For example, the error amplifiers 71 and 72 sample and hold the output value of the amplifier 27 immediately before the end of a period in which a current flows through the current detection resistor 7. The error amplifiers 71 and 72 amplify the difference between the respective input torque signals and the output of the amplifier 27 and output the amplified difference signal to the offset adding limiter circuit 80.
[0076]
The offset adding limiter circuit 80 outputs the first slice level signal SU and the second slice level signal SL to the comparators 75 and 76 according to the outputs of the error amplifiers 71 and 72, respectively. The slice level signal SU is a signal that decreases as the torque command voltage TI increases, and the slice level signal SL is a signal that increases as the torque command voltage TI increases.
[0077]
The triangular wave generator 60 generates a triangular wave SA having a substantially constant cycle as shown in FIG. The comparator 75 outputs “H” when the triangular wave SA is larger than the slice level signal SU, and outputs “L” otherwise as the switching operation control signal F2 to the energized phase switching circuit 23. The comparator 76 outputs “H” when the slice level signal SL is larger than the triangular wave SA, and outputs “L” as the switching operation control signal F1 to the energized phase switching circuit 23 in other cases.
[0078]
The offset adding limiter circuit 80 provides an offset between the two so that the slice level signal SU is always larger than the slice level signal SL, and outputs the slice level signal SU with the level limited. Therefore, the periods in which the control signals F2 and F1 output from the comparators 75 and 76 become “H” can be prevented from overlapping. Therefore, as in the first embodiment, a plurality of phase currents do not flow through the current detection resistor 7 at the same time.
[0079]
As described above, the motor driving device according to the present embodiment can moderate the change in the phase current when the energized phase is switched, and controls the three-phase current using one current detection resistor. Can be.
[0080]
(Third embodiment)
In the above embodiment, the case where the three-phase motor is driven so that the waveform of the phase current becomes a trapezoidal wave has been described. The waveform of the phase current need not be a trapezoidal wave, but may be a sine wave or another waveform. Further, the present invention can be applied to driving not only three-phase but also four-phase or more even-phase motors. Hereinafter, the case where the waveform of the phase current is other than the trapezoidal wave will be described. In this embodiment, a modified version of the motor drive device of FIG. 1 is used.
[0081]
FIG. 14 is a graph showing the output current waveform of each phase when a three-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave. In order to perform such an operation, the output of the phase-specific torque generating circuit 30 in FIG. 1 may be a sine wave instead of the sawtooth wave shown in FIG. That is, a signal that repeats a waveform of a sine wave in a section of 0 to 60 ° may be used as the signal TS2, and a signal that repeats a waveform of a sine wave in a section of 120 to 180 ° may be used as the signal TS1.
[0082]
In this case, for example, the magnitude of the W-phase current is equal to the sum of the currents of the other two phases (the U-phase current and the V-phase current) whose phases are different from each other by 120 °. The opposite of the phase current.
[0083]
FIG. 15 is a graph showing the output current waveform of each phase when a four-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave. Although not particularly shown, in the case of four-phase driving, it is assumed that the driving transistors and the coils of each phase of the motor are connected as follows.
[0084]
That is, the motor driving device is configured such that the upper-arm driving transistor and the lower-arm driving transistor are connected in series, as in the circuit including the driving transistors 1 and 2 and the diodes 1D and 2D in FIG. Has four circuits (half-bridge circuits) in which diodes are connected between the drain and the source of the semiconductor device. These four half bridges respectively correspond to the respective phases and are connected in parallel. One end of each half bridge is commonly connected to a power supply VCC, and the other end is commonly connected to a current detection resistor. The other end of the current detection resistor is grounded. A connection point between the upper arm drive transistor and the lower arm drive transistor of each half bridge is connected to one end of a coil of a corresponding phase. The other ends of the coils are connected to each other.
[0085]
In order to make the operation such that the phase current becomes as shown in FIG. 15, the output of the phase-specific torque generating circuit 30 in FIG. 1 may be a sine wave instead of the sawtooth wave as shown in FIG. That is, a signal that repeats a waveform of a sine wave in a phase of 0 ° to 90 ° is used as the signal TS2, and a signal that repeats a waveform of a sine wave in a phase of 90 ° to 180 ° is used as the signal TS1. .
[0086]
In the case of driving an even-numbered phase motor, one of the upper-arm drive transistor and the other of the lower-arm drive transistor are driven in two phases (phases opposite to each other) having different current directions and substantially equal magnitudes. Since it suffices to drive the transistors simultaneously as a set, control can be performed in the same manner as when a motor having substantially half the number of phases is driven. That is, the four-phase motor can be operated by two-phase sine wave driving using sine waves having phases different from each other by 90 ° as target values of the respective phase currents.
[0087]
In a period T41 in FIG. 15, as in periods T1 and T2 in FIG. 6, a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the W-phase lower-arm drive transistor are simultaneously made conductive, and a V-phase lower-arm drive transistor and X A period in which the upper-arm drive transistors are simultaneously turned on is alternately provided.
[0088]
During the period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the W-phase lower-arm drive transistor are conducted, current passing through these drive transistors, the U-phase coil, and the W-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, the V-phase current and the X-phase current flow as regenerative currents. Since only the U-phase current (W-phase current) flows through the current detection resistor, the U-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the U-phase and W-phase currents become the target values.
[0089]
Further, during a period in which the V-phase lower arm drive transistor and the X-phase upper arm drive transistor are conducted, a current passing through the drive transistor, the V-phase coil, and the X-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, the U-phase current and the W-phase current flow as regenerative currents. Since only the V-phase current (X-phase current) flows through the current detection resistor, the V-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the V-phase and X-phase currents become the target values. In this way, the period in which the phase current to be detected flows through the current detection resistor does not overlap with the period in which another phase current flows through the current detection resistor.
[0090]
Similarly, in the period T42, the U-phase upper-arm drive transistor and the W-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, and the V-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are turned on simultaneously. And a period. In the period T43, a period during which the U-phase lower-arm drive transistor and the W-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted, and a period during which the V-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are simultaneously conducted. Provide. In the period T44, a period during which the U-phase lower-arm drive transistor and the W-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted, and a period during which the V-phase lower-arm drive transistor and the X-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted. Provide. As a result, the four-phase motor can be driven so that the phase current becomes a sine wave.
[0091]
FIG. 16 is a graph showing the output current waveform of each phase when a six-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave. Although not shown, in the case of six-phase driving, it is assumed that the driving transistors and the coils of each phase of the motor are connected as follows.
[0092]
That is, the motor drive device has six half bridges. These six half bridges correspond to each phase, respectively, and are connected in parallel. One end of each half bridge is commonly connected to a power supply VCC, and the other end is commonly connected to a current detection resistor. The other end of the current detection resistor is grounded. A connection point between the upper arm drive transistor and the lower arm drive transistor of each half bridge is connected to one end of a coil of a corresponding phase. The other ends of the coils are connected to each other.
[0093]
In order to make the operation such that the phase current becomes as shown in FIG. 16, the output of the phase-specific torque generating circuit 30 in FIG. 1 may be a sine wave instead of the sawtooth wave as shown in FIG. That is, a signal that repeats the waveform of the sine wave in the interval of 0 ° to 60 °, 60 ° to 120 °, or 120 ° to 180 ° may be used.
[0094]
When a six-phase motor is driven, the phase is an even-numbered phase, as in the case of the four-phase motor. What is necessary is just to drive simultaneously at the same time with the lower arm side drive transistor of a phase. Therefore, control can be performed in substantially the same manner as when a motor having half the number of phases is driven. That is, the six-phase motor can be operated by three-phase sine wave driving using sine waves having phases different from each other by 60 ° as target values of the respective phase currents.
[0095]
In a period T61 of FIG. 16, a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, and a period in which the V-phase lower-arm drive transistor and the Y-phase upper-arm drive transistor are turned on simultaneously. A period and a period in which the W-phase lower-arm drive transistor and the Z-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on are sequentially provided.
[0096]
During a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are conducted, current passing through these drive transistors, the U-phase coil, and the X-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, currents other than the U-phase and X-phase currents flow as regenerative currents. Since only the U-phase current (X-phase current) flows through the current detection resistor, the U-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the U-phase current and the X-phase current become the target values.
[0097]
Further, during a period in which the V-phase lower arm drive transistor and the Y-phase upper arm drive transistor are conducted, a current passing through the drive transistor, the V-phase coil, and the Y-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, currents other than the V-phase and Y-phase currents flow as regenerative currents. Since only the V-phase current (Y-phase current) flows through the current detection resistor, the V-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the V-phase and Y-phase currents become the target values.
[0098]
Similarly, during a period in which the W-phase lower-arm drive transistor and the Z-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on, feedback control can be performed so that the W-phase and Z-phase currents become target values. In this way, the period in which the phase current to be detected flows through the current detection resistor does not overlap with the period in which another phase current flows through the current detection resistor.
[0099]
Similarly, in the period T62, the U-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, and the V-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are turned on simultaneously. A period and a period in which the W-phase lower-arm drive transistor and the Z-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on are sequentially provided.
[0100]
In the period T63, a period during which the U-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, a period during which the V-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, A period in which the W-phase upper-arm drive transistor and the Z-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on is sequentially provided. Hereinafter, the transistors to be turned on are similarly switched in the periods T64 to T66. As a result, the six-phase motor can be driven so that the phase current becomes a sine wave.
[0101]
When driving a six-phase motor, the transistors to be turned on may be switched as follows. That is, in the period T62 in FIG. 16, the U-phase upper-arm drive transistor and the X-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on. In this period, a period during which the W-phase lower-arm drive transistor and the Z-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on, and a period during which the Y-phase lower-arm drive transistor and the V-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on. Provide repeatedly.
[0102]
In the period T63, the V-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on. In this period, a period during which the X-phase lower-arm drive transistor and the U-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted, and a period during which the Z-phase lower-arm drive transistor and the W-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted. Provide repeatedly.
[0103]
Similarly, in the period T64, the W-phase upper-arm drive transistor and the Z-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on. In this period, a period in which the Y-phase lower-arm drive transistor and the V-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on, and a period in which the U-phase lower-arm drive transistor and the X-phase upper-arm drive transistor are turned on simultaneously. Provide repeatedly. Hereinafter, the transistors to be turned on are similarly switched in the periods T65, T66, and the like.
[0104]
FIG. 17 is a graph showing an output current waveform of each phase when an 8-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave. Although not particularly shown, in the case of eight-phase driving, it is assumed that the driving transistors and the coils of each phase of the motor are connected as follows.
[0105]
That is, the motor drive device has eight half bridges. These eight half bridges correspond to the respective phases and are connected in parallel. One end of each half bridge is commonly connected to a power supply VCC, and the other end is commonly connected to a current detection resistor. The other end of the current detection resistor is grounded. A connection point between the upper arm drive transistor and the lower arm drive transistor of each half bridge is connected to one end of a coil of a corresponding phase. The other ends of the coils are connected to each other.
[0106]
In order to make the operation such that the phase current becomes as shown in FIG. 17, the output of the phase-specific torque generating circuit 30 in FIG. 1 may be a sine wave instead of the sawtooth wave as shown in FIG. That is, a signal that repeats the waveform of the sine wave in the phase of 0 ° to 45 °, 45 ° to 90 °, 90 ° to 135 °, or 135 ° to 180 ° may be used.
[0107]
When an 8-phase motor is driven, the phase is an even-numbered phase as in the case of the 4-phase motor. What is necessary is just to drive simultaneously at the same time with the lower arm side drive transistor of a phase. Therefore, control can be performed in substantially the same manner as when a motor having half the number of phases is driven. That is, the eight-phase motor can be operated by four-phase sine wave driving using sine waves having phases different from each other by 45 ° as target values of the respective phase currents.
[0108]
In a period T81 in FIG. 17, a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are simultaneously conducted, and a period in which the V-phase lower-arm drive transistor and the Z-phase upper-arm drive transistor are simultaneously conducted. A period, a period in which the W-phase lower arm side drive transistor and the A-phase upper arm side drive transistor are simultaneously conducted, and a period in which the X-phase lower arm side drive transistor and the B-phase upper arm side drive transistor are simultaneously conducted. Provide.
[0109]
During a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are conducted, a current passing through the drive transistor, the U-phase coil, and the Y-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, currents other than the U-phase and Y-phase currents flow as regenerative currents. Since only the U-phase current (Y-phase current) flows through the current detection resistor, the U-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the U-phase current and the Y-phase current become the target values.
[0110]
Further, during a period in which the V-phase lower arm drive transistor and the Z-phase upper arm drive transistor are conducted, a current passing through the drive transistor, the V-phase coil, and the Z-phase coil flows through the current detection resistor. At this time, currents other than the V-phase and Z-phase currents flow as regenerative currents. Since only the V-phase current (Z-phase current) flows through the current detection resistor, the V-phase current can be detected, and the feedback control can be performed so that the V-phase and Z-phase currents become the target values.
[0111]
Similarly, during a period in which the W-phase lower-arm drive transistor and the A-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on, feedback control can be performed so that the W-phase and A-phase currents have target values. During the period in which the X-phase lower-arm drive transistor and the B-phase upper-arm drive transistor are simultaneously turned on, feedback control can be performed so that the X-phase and B-phase currents become target values. In this way, the period in which the phase current to be detected flows through the current detection resistor does not overlap with the period in which another phase current flows through the current detection resistor.
[0112]
Similarly, in the period T82, a period in which the U-phase upper-arm drive transistor and the Y-phase lower-arm drive transistor are simultaneously turned on, and a period in which the V-phase upper-arm drive transistor and the Z-phase lower-arm drive transistor are turned on simultaneously. A period, a period in which the W-phase lower arm side drive transistor and the A-phase upper arm side drive transistor are simultaneously conducted, and a period in which the X-phase lower arm side drive transistor and the B-phase upper arm side drive transistor are simultaneously conducted. Provide. Hereinafter, the transistors to be turned on are similarly switched in the periods T83 to T88. As a result, the eight-phase motor can be driven so that the phase current becomes a sine wave.
[0113]
Further, a case where a motor of an even-numbered phase of 10 or more phases is driven can be similarly described.
[0114]
Note that in the third embodiment, the peak current control as described in the first embodiment may be performed, or the PWM control using a triangular wave slice as described in the second embodiment may be performed. .
[0115]
In the above embodiments, the motor driving device has been described as including the diodes 1D to 6D. Alternatively, each of the driving transistors 1 to 6 may include a parasitic diode. That is, a diode may be structurally present in each of the drive transistors 1 to 6.
[0116]
Further, the driving transistors 1 to 6 may be transistors other than the n-type MOS transistor.
[0117]
Also, the case where the current detection resistor 7 is provided between the sources of the lower arm side drive transistors 2, 4, and 6 and the ground has been described. May be provided with a current detection resistor.
[0118]
Also, the connection of the motor has been described as a Y connection, but may be a delta connection.
[0119]
Also, the case has been described where the three-phase currents are set to the U-phase, V-phase, and W-phase in order from the one with the leading phase. However, in order to reverse the motor, the W-phase, the V-phase, and the U-phase are used in order. The same applies to the case where
[0120]
Further, the case where the position detection is performed using the Hall element has been described, but it is not always necessary to use the Hall element. For example, a CR filter circuit is provided for each of the U-phase, V-phase, and W-phase to filter harmonic components of the PWM drive current, and for each phase, the filter output and the reference potential of the motor (that is, Y-connected The position of the rotor of the motor can be detected by comparing with the potential of the connection point of the three coils. However, in consideration of a malfunction caused by a harmonic component of the PWM drive current, it is more advantageous to use a Hall element.
[0121]
In addition, it is possible to perform synchronous rectification drive by synchronizing one of the driving transistors connected in series with the other driving transistor and inverting the phase of the driving transistors forming the half bridge. It is.
[0122]
It is also possible to drive the motor without using a sensor. That is, before and after the zero crossing point at which the direction of the phase current is switched, the drive transistor of the phase is turned off to provide a mask period in which the phase current of the phase is zero. Can be obtained. By providing a torque command signal so that the phase current before and after the mask period is zero, a steep change in the phase current at the time of transition to the mask period is prevented. Driving can be realized.
[0123]
Also, the case where one detection resistor is used has been described. However, in the case of multi-phase, the number of detection resistors may be increased to two or more. That is, taking the case of eight phases as an example, the number of detection resistors is two, the drive transistors of four phases are commonly connected to one of the detection resistors, and the drive transistors of the remaining phases are commonly used for the other detection resistors. You may connect. Then, since there is no restriction that the phase using one detection resistor and the phase using the other detection resistor must use each other's regeneration periods, it is possible to increase the maximum duty of the PWM control. it can.
[0124]
【The invention's effect】
According to the motor drive device of the present invention, it is possible to prevent the phase current from suddenly changing, so that it is possible to suppress the occurrence of motor vibration and noise during phase switching. Since the number of current detection resistors used is smaller than the number of phases, the size of the device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a target waveform of each phase current of the motor of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a phase-specific torque signal generation circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing signals related to a position detection circuit and a phase-specific torque signal generation circuit.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a logic control circuit in FIG. 1;
FIG. 6 is a graph showing input / output signals of the logic control circuit and the comparator of FIG. 1;
FIG. 7 is a graph showing a phase current in the motor drive device of FIG. 1;
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through a motor during a period T1.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through a motor during a period T2.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a path of a current flowing through a motor during a period T3.
FIG. 11 is a block diagram of a motor drive device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of a configuration of an offset adding limiter circuit.
13 is a graph showing a phase current and a signal of a conduction period control unit in the motor drive device of FIG. 11;
FIG. 14 is a graph showing the output current waveform of each phase when a three-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave.
FIG. 15 is a graph showing an output current waveform of each phase when a four-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave.
FIG. 16 is a graph showing an output current waveform of each phase when a six-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave.
FIG. 17 is a graph showing the output current waveform of each phase when an 8-phase motor is driven so that the phase current becomes a sine wave.
FIG. 18 is a block diagram of a conventional motor drive device using a peak current detection method.
FIG. 19 is a graph showing a change over time of each phase current of a motor driven by the motor drive device of FIG. 18;
20 is a graph showing the current detection resistance voltage (motor current detection signal) and the V-phase and W-phase currents near time t = tz in FIG. 19, with the time axis enlarged.
[Explanation of symbols]
1-3 Upper-arm drive transistor (upper-arm switching element)
4 to 6 Lower arm drive transistor (Lower arm switching element)
1D to 6D diode
7 Current detection resistor
10 Motor
11 U-phase coil
12 V phase coil
13 W phase coil
21 Hall element circuit
22 Position detection circuit
23 Energized phase switching circuit
24 pre-drive circuit
30,230 Phase-specific torque signal generation circuit
40 logic control circuit
51 first comparator
52 Second comparator
100, 200 energization period control unit

Claims (9)

直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備えるとともに、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、
前記モータのロータの位置に応じた位置信号を求めるステップと、
前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるステップと、
導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせるステップとを備え、
前記スイッチング動作をさせるステップは、
前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、1のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記スイッチング動作を制御するものである
モータ駆動方法。
A plurality of output circuits having an upper-arm switching element and a lower-arm switching element connected in series are provided, and the output circuits are connected to the plurality of output circuits in series and commonly, and supplied to the plurality of output circuits. A motor driving method for a motor driving device comprising a current detection resistor for detecting a current flowing through the motor, and supplying a current to the motor from a connection point between the upper arm switching element and the lower arm switching element in each of the output circuits. hand,
Obtaining a position signal according to the position of the rotor of the motor;
Selecting one switching element in any one of the plurality of output circuits according to the position signal, and conducting the switching element in a period corresponding to a predetermined electrical angle;
When the switching element to be turned on is the upper arm switching element, the lower arm switching element in any one or more of the plurality of output circuits performs a switching operation, and the switching element to be turned on is the lower arm switching element. In some cases, the step of causing the upper arm side switching element in any one or more of the plurality of output circuits to perform a switching operation,
The step of causing the switching operation,
In each of a plurality of periods in which a period corresponding to the predetermined electrical angle is divided, a first period in which one switching element is turned on among the switching elements performing the switching operation, and the first switching element A motor driving method for controlling the switching operation according to an input torque command signal and a voltage generated at the current detection resistor so that there is a second period in which different switching elements are turned on.
請求項1に記載のモータ駆動方法において、
前記スイッチング動作をさせるステップでは、
前記第1の期間は、基準パルスが入力されると開始し、前記電流検出抵抗に生じる電圧が目標信号に達すると終了する
ことを特徴とするモータ駆動方法。
The motor driving method according to claim 1,
In the step of performing the switching operation,
The motor driving method according to claim 1, wherein the first period starts when a reference pulse is input, and ends when a voltage generated at the current detection resistor reaches a target signal.
請求項2に記載のモータ駆動方法において、
前記スイッチング動作をさせるステップでは、
前記基準パルスが入力されると、前記スイッチング動作させるスイッチング素子を全て非導通にした後に前記第1の期間を開始する
ことを特徴とするモータ駆動方法。
The motor driving method according to claim 2,
In the step of performing the switching operation,
When the reference pulse is input, the first period is started after all the switching elements to be switched are turned off.
直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を4以上の偶数個備えるとともに、前記4以上の偶数個の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記4以上の偶数個の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、
前記モータのロータの位置に応じた位置信号を求めるステップと、
前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、前記選択されたスイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は、前記選択されたスイッチング素子が対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の下アーム側スイッチング素子と前記選択されたスイッチング素子との組を、前記選択されたスイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は、前記選択されたスイッチング素子が対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の上アーム側スイッチング素子と前記選択されたスイッチング素子との組を、所定の電気角に相当する期間において導通させるステップと、
前記選択されたスイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子のそれぞれとこれらのそれぞれに対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の上アーム側スイッチング素子との組のそれぞれにスイッチング動作をさせ、前記選択されたスイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子のそれぞれとこれらのそれぞれに対応する相の逆位相の相に対応した出力回路の下アーム側スイッチング素子との組のそれぞれにスイッチング動作をさせるステップとを備え、
前記スイッチング動作をさせるステップは、
前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子の組のうち、1組のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1組のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子の組を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記スイッチング動作を制御するものである
モータ駆動方法。
With an even number of four or more output circuits having an upper arm switching element and a lower arm switching element connected in series, and in series with the four or more even number output circuits, and commonly connected, A current detection resistor for detecting a current supplied to the four or more even-numbered output circuits, and a current flowing to a motor from a connection point between an upper arm switching element and a lower arm switching element in each of the output circuits. A motor driving method in a motor driving device for supplying
Obtaining a position signal according to the position of the rotor of the motor;
Selecting one switching element in any one of the plurality of output circuits in accordance with the position signal; and selecting the selected switching element when the selected switching element is an upper arm side switching element. The set of the lower arm switching element and the selected switching element corresponding to the phase opposite to the corresponding phase is the lower arm switching element, if the selected switching element is a lower arm switching element, A step of conducting a set of the upper arm side switching element and the selected switching element corresponding to the phase opposite to the phase corresponding to the selected switching element in a period corresponding to a predetermined electrical angle; ,
If the selected switching element is an upper-arm switching element, it corresponds to each of the lower-arm switching elements in any one of the remaining plurality of the plurality of output circuits and a phase opposite to the phase corresponding to each of the lower-arm switching elements. Each of the sets of the output circuit and the upper-arm switching element that performs a switching operation, and when the selected switching element is a lower-arm switching element, the upper arm of any of the remaining plurality of output circuits. Causing each of the sets of the side switching elements and the lower arm side switching elements of the output circuit corresponding to the phase of the opposite phase of the phase corresponding to each of the side switching elements to perform a switching operation,
The step of causing the switching operation,
In each of a plurality of periods into which a period corresponding to the predetermined electrical angle is divided, a first period in which one set of switching elements is turned on among a set of switching elements for performing the switching operation, The switching operation is controlled in accordance with the input torque command signal and the voltage generated in the current detection resistor so that there is a second period in which a set of switching elements different from the switching element is conducted. Motor drive method.
請求項4に記載のモータ駆動方法において、
前記スイッチング動作をさせるステップでは、
前記第1の期間は、基準パルスが入力されると開始し、前記電流検出抵抗に生じる電圧が目標信号に達すると終了する
ことを特徴とするモータ駆動方法。
The motor driving method according to claim 4,
In the step of performing the switching operation,
The motor driving method according to claim 1, wherein the first period starts when a reference pulse is input, and ends when a voltage generated at the current detection resistor reaches a target signal.
請求項5に記載のモータ駆動方法において、
前記スイッチング動作をさせるステップでは、
前記基準パルスが入力されると、前記スイッチング動作させるスイッチング素子を全て非導通にした後に前記第1の期間を開始する
ことを特徴とするモータ駆動方法。
The motor driving method according to claim 5,
In the step of performing the switching operation,
When the reference pulse is input, the first period is started after all the switching elements to be switched are turned off.
直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備えるとともに、前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗を備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点から複数相のモータコイルに電流を供給するモータ駆動装置におけるモータ駆動方法であって、
前記複数相のモータコイルの相電流が同時に流れている区間がPWM(pulse width modulation)制御期間に分割されており、前記各PWM制御期間では、
前記電流検出抵抗を流れる電流が上アーム側又は下アーム側の特定の1つのスイッチング素子を通過する電流と合致するように、前記各スイッチング素子毎に流すべき電流値に対応した信号と前記電流検出抵抗から得られた信号とが一致するまで前記各スイッチング素子を選択的に導通させる期間と、前記特定のスイッチング素子に関する相以外の相電流を回生状態にする期間とを有するようにPWM制御する
モータ駆動方法。
A plurality of output circuits having an upper-arm switching element and a lower-arm switching element connected in series are provided, and the output circuits are connected to the plurality of output circuits in series and commonly, and supplied to the plurality of output circuits. Motor in a motor drive device that includes a current detection resistor for detecting a current flowing through the motor and supplies current to a multi-phase motor coil from a connection point between an upper arm switching element and a lower arm switching element in each of the output circuits. A driving method,
A section in which the phase currents of the plurality of phases of the motor coils are flowing simultaneously is divided into a PWM (pulse width modulation) control period.
A signal corresponding to a current value to be passed for each switching element and the current detection so that a current flowing through the current detection resistor matches a current passing through one specific switching element on the upper arm side or the lower arm side. A motor that performs PWM control so as to have a period in which each of the switching elements is selectively turned on until a signal obtained from a resistor matches, and a period in which a phase current other than a phase related to the specific switching element is in a regenerative state. Drive method.
直列に接続された上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とを有する出力回路を複数備え、前記出力回路のそれぞれにおける上アーム側スイッチング素子と下アーム側スイッチング素子との接続点からモータに電流を供給するモータ駆動装置であって、
前記複数の出力回路と直列に、かつ、共通に接続され、前記複数の出力回路に供給される電流を検出するための電流検出抵抗と、
前記モータのロータの位置に応じた位置信号を出力する位置検出部と、
前記複数の出力回路のうちのいずれか1つにおける1のスイッチング素子を前記位置信号に応じて選択し、所定の電気角に相当する期間において導通させるとともに、導通させる前記スイッチング素子が上アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における下アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせ、導通させる前記スイッチング素子が下アーム側スイッチング素子である場合は前記複数の出力回路の残りのいずれか複数における上アーム側スイッチング素子にスイッチング動作をさせる通電相切換回路と、
前記所定の電気角に相当する期間が区切られた複数の期間のそれぞれにおいて、前記スイッチング動作をさせるスイッチング素子のうち、1のスイッチング素子を導通させる第1の期間と、前記1のスイッチング素子とは異なるスイッチング素子を導通させる第2の期間とが存在するように、入力されたトルク指令信号及び前記電流検出抵抗に生じる電圧に応じて、前記通電相切換回路によるスイッチング動作を制御するスイッチング動作制御信号を生成し、出力する通電期間制御部とを備えた
モータ駆動装置。
A plurality of output circuits having an upper arm switching element and a lower arm switching element connected in series are provided, and a current is supplied to the motor from a connection point between the upper arm switching element and the lower arm switching element in each of the output circuits. A motor drive device for supplying
A current detection resistor for detecting a current supplied to the plurality of output circuits, in series with the plurality of output circuits, and commonly connected;
A position detection unit that outputs a position signal according to the position of the rotor of the motor,
One switching element in any one of the plurality of output circuits is selected according to the position signal, and is turned on for a period corresponding to a predetermined electrical angle, and the switching element to be turned on is an upper arm side switching. If the element is an element, the lower arm switching element in any one of the plurality of output circuits performs a switching operation, and if the switching element to be turned on is the lower arm switching element, the remaining of the plurality of output circuits An energizing phase switching circuit that causes the upper arm switching element in any one of the plurality to perform a switching operation;
In each of a plurality of periods in which a period corresponding to the predetermined electrical angle is divided, a first period in which one switching element is turned on among the switching elements performing the switching operation, and the first switching element A switching operation control signal for controlling a switching operation by the energized phase switching circuit in accordance with the input torque command signal and the voltage generated at the current detection resistor so that there is a second period for conducting different switching elements. A motor drive device comprising: an energization period control unit that generates and outputs a current.
請求項8に記載のモータ駆動装置において、
前記通電期間制御部は、
前記トルク指令信号及び前記位置信号に応じて、前記第1の期間において前記電流検出抵抗に流すべき電流の目標値に対応した第1の目標信号、及び前記第2の期間において前記電流検出抵抗に流すべき電流の目標値に対応した第2の目標信号を求め、出力する相別トルク信号発生回路と、
前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第1の目標信号を越えているか否かを判定し、その結果を出力する第1の比較器と、
前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第2の目標信号を越えているか否かを判定し、その結果を出力する第2の比較器と、
前記スイッチング動作の周期を規定する基準パルス及び前記第1及び第2の比較器の出力に応じて、前記スイッチング動作制御信号を生成して出力するロジック制御回路とを備えるものであり、
前記ロジック制御回路は、
前記第1の比較器の判定結果が、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第1の目標信号を越えていることを示すと、前記第1の期間を終了させ、前記第2の比較器の判定結果が、前記電流検出抵抗に生じる電圧が前記第2の目標信号を越えていることを示すと、前記第2の期間を終了させるように、前記スイッチング動作制御信号を生成して出力するものである
ことを特徴とするモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 8,
The energization period control unit,
In response to the torque command signal and the position signal, a first target signal corresponding to a target value of a current to be passed through the current detection resistor in the first period, and a current detection resistor in the second period. A second target signal corresponding to a target value of the current to be passed, and a phase-specific torque signal generating circuit for outputting the target signal;
A first comparator that determines whether or not the voltage generated at the current detection resistor exceeds the first target signal, and outputs a result of the determination;
A second comparator for determining whether or not the voltage generated at the current detection resistor exceeds the second target signal, and outputting the result;
A logic control circuit that generates and outputs the switching operation control signal in accordance with a reference pulse that defines a cycle of the switching operation and outputs of the first and second comparators,
The logic control circuit,
When the determination result of the first comparator indicates that the voltage generated at the current detection resistor exceeds the first target signal, the first period is terminated, and the second comparator And generating and outputting the switching operation control signal so as to end the second period when the determination result indicates that the voltage generated in the current detection resistor exceeds the second target signal. A motor drive device characterized by the following.
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