JP2005051870A - Lock protective circuit of motor and integrated circuit, and method for protecting lock of motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのロック保護回路、及び集積回路、並びにモータのロック保護方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
冷却用ファン等に用いられるモータがロック状態(回転停止の状態)に陥った場合、モータ駆動コイルの電流を遮断するロック保護回路が例えば特開2001−57793号公報(特許文献1)に開示されている。このロック保護回路にあっては、同公報の図1に示されるように、外付けのコンデンサを利用している。すなわち、ロック状態に陥ると、外付けコンデンサが充電されてその端子電圧が所定値に達すると、ロック状態と判定され、ロック保護動作が実行される。
【0003】
このロック保護動作としては、単に、モータ駆動コイルの電流を遮断するだけでなく、この電流遮断後の再起動動作も行う場合がある。すなわち、電流を遮断してから再起動に至るまでの時間(以後、単に「オフ期間」と称する)も、外付けコンデンサの時定数に応じた放電時間でもって設定している。
【0004】
【特許文献1】特開2001−57793号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の技術にあっては、特にモータを冷却用ファン等に用いる場合には、長い時間のオフ期間を確保する必要がある。このため、比較的大容量のコンデンサを外付けしなければならず、基板面積が大きくなると共にコストアップを避けられない問題があった。さらに、コンデンサの容量や充電電流等のばらつきにより、オフ期間がばらついてしまい、精度の良いオフ期間が設定できない不都合も生じていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る主たる発明では、駆動コイルへ電流が供給されているモータが停止したロック状態において起動パルスを出力する起動パルス出力回路を有するロック保護回路であって、前記起動パルスを計数する起動パルス計測手段と、前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出するロック状態検出手段と、前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する駆動コイル電流遮断制御手段とを備える。
【0007】
したがって、モータのロック状態の検出にあたり、外付けコンデンサの充放電動作によることなく、起動パルスを計測することによって検出する。外付けコンデンサを使用しないため、回路面積を小さくできると共にコストダウンが図れる。
【0008】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかにする。
【0009】
【発明の実施の形態】
===モータ駆動回路の全体構成===
図1の回路ブロック図を参照しつつ、本実施の形態に係るモータの駆動回路の全体構成について説明する。なお、この駆動回路は集積回路の形態で実施される。また、本実施の形態において、モータとは、ロータ及びステータの相対位置を検知するための素子(例えば、ホール素子)を持たないセンサレスモータのことである。図1に示すように、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6はスター結線されるとともに、120度の電気角を有しており、センサレスモータに固着されている。
【0010】
U相駆動コイル2を通電(電流の供給)するため、Nチャンネル型MOSFET8はソース側のトランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET10はシンク側のトランジスタである。Nチャンネル型MOSFET8,10のドレインソースは、電源Vpと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はU相駆動コイル2の一端と接続されている。
【0011】
同様に、V相駆動コイル4を通電するため、Nチャンネル型MOSFET12はソース側のトランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET14はシンク側のトランジスタである。Nチャンネル型MOSFET12,14のドレインソースは、電源Vpと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はV相駆動コイル4の一端と接続されている。
【0012】
また、同様に、W相駆動コイル6を通電するため、Nチャンネル型MOSFET16はソース側のトランジスタであり、Nチャンネル型MOSFET18はシンク側のトランジスタである。Nチャンネル型MOSFET16,18のドレインソースは、電源Vpと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はW相駆動コイル6の一端と接続されている。
【0013】
そして、これらNチャンネル型MOSFET8,10,12,14,16,18を適宜のタイミングでオンオフさせることにより、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6に駆動電流が流れ、センサレスモータのロータが例えば正方向に回転する。この回転動作において、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6の一端には、電気角120度の位相差を有する駆動電圧Vu,Vv,Vwが現れるとともに、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6の共通接続部には、中性点電圧Vcomが現れる。なお、駆動トランジスタとしては、MOSFETに代えてバイポーラトランジスタが使用可能である。
【0014】
切り換え回路20は、U端子,V端子,W端子を有し、U端子,V端子,W端子には、駆動電圧Vu,Vv,Vwが供給される。切り換え回路20は、U端子,V端子,W端子を電気角60度のタイミングで切り換え、駆動電圧Vu,Vv,Vwの何れか一つを出力する。切り換え回路20は、センサレスモータが正回転するとき、U端子,W端子,V端子の順で繰り返し切り換えていく一方、センサレスモータが逆回転するときには、U端子,V端子,W端子の順で繰り返し切り換えていく。
【0015】
コンパレータ22は、この切り換え回路20から得られる駆動電圧Vu,Vv,Vwの何れか一つ(+端子)と中性点電圧Vcom(−端子)とを比較する。これにより、コンパレータ22からは、電気角60度のタイミングで変化する矩形の比較信号CPが出力される。
【0016】
分配回路32は、U端子,V端子,W端子を有し、U端子,V端子,W端子を切り換え回路20と同じタイミングで切り換え、比較信号CPを出力する。なお、分配回路32は、センサレスモータが正回転するとき、U端子,W端子,V端子の順で繰り返し切り換えていく一方、センサレスモータが逆回転するときには、U端子,V端子,W端子の順で繰り返し切り換えていく。
【0017】
分配回路32のU端子からは、電気角60度の断片的な信号が得られるだけであって、U相駆動コイル2を通電するための電気角120度の信号が欠落している。同様に、分配回路32のV端子からも、電気角60度の断片的な信号が得られるだけであって、V相駆動コイル4を通電するための電気角120度の信号が欠落している。さらに同様に、分配回路32のW端子からも、電気角60度の断片的な信号が得られるだけであって、W相駆動コイル6を通電するための電気角120度の信号が欠落している。
【0018】
マスク回路34は、分配回路32のU端子から得られる電気角60度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角60度の信号を用いてU相駆動コイル2を駆動するための連続するマスク信号Umaskを生成して出力する。同様に、分配回路34のV端子から得られる電気角60度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角60度の信号を用いてV相駆動コイル4を駆動するための連続するマスク信号Vmaskを生成して出力する。さらに同様に、分配回路34のW端子から得られる電気角60度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角60度の信号を用いてW相駆動コイル6を駆動するための連続するマスク信号Wmaskを生成して出力する。なお、マスク信号Umask,Vmask,Wmaskは、電気角120度の位相差を有する。
【0019】
合成回路38は、マスク回路34から得られるマスク信号Umask,Vmask,Wmaskを合成し、電気角60度のタイミングで変化する矩形の合成信号FGを出力する。すなわち、合成信号FGは、比較信号CPからキックバックパルスに基づく重畳パルスを除去したものとなる。
【0020】
位相比較器40,フィルタ42,バッファ44,電圧制御発振器46,1/N分周器48は、PLL回路を構成する。位相比較器40は、合成回路38から得られる合成信号FGと、1/N分周器48から得られる分周信号DVとの位相差に応じたパルス幅を有する電圧信号を出力する。例えば、位相比較器40は、合成信号FGの位相が分周信号DVの位相より進んでいる状態では、正の電圧信号を出力する一方、合成信号FGの位相が分周信号DVの位相より遅れている状態では、負の電圧信号を出力する。この電圧信号は、フィルタ42で積分された後、バッファ44を介して電圧制御発振器46に供給される。この電圧制御発振器46は、バッファ44から得られる電圧信号に対応する周波数信号VCOを出力し、1/N分周器48に供給する。この動作を繰り返すことにより、合成信号FGの位相と分周信号DVの位相は一致する。
【0021】
センサレスロジック回路52は、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6を適宜のタイミングで通電するための信号を出力する。センサレスロジック回路52は、センサレスモータ自体が初期状態でのロータおよびステータ間の相対位置を推定できないことを考慮し、マスク信号Umask,Vmask,Wmaskの予め定められた初期レベルから動作する。そして、センサレスロジック回路52は、通電信号Ulogic1が”M”レベルとなる期間、切り換え信号20のU端子と分配信号の32のU端子を選択するための信号を出力する。同様に、センサレスロジック回路52は、通電信号Vlogic1が”M”レベルとなる期間、切り換え信号20のV端子と分配信号の32のV端子を選択するための信号を出力する。さらに同様に、センサレスロジック回路52は、通電信号Wlogic1が”M”レベルとなる期間、切り換え信号20のW端子と分配信号の32のW端子を選択するための信号を出力する。そして、センサレスロジック回路52は、通電信号Ulogic1,Vlogic1,Wlogic1に対して遅延する通電信号Ulogic2,Vlogic2,Wlogic2を作成して出力する。
【0022】
正逆回路54は、センサレスモータのブレーキ及び回転方向の逆転の動作を実行させるための駆動信号を生成して出力する。すなわち、正逆回路54は、外部装置等から供給されるブレーキ指示信号に基づき、逆転トルクブレーキ駆動信号を出力する。
【0023】
起動カウンタ58(起動パルス出力回路)は、センサレスモータがロック状態(ロータの回転停止の状態)に陥った場合など、所定の回転数に至らない状態において、合成信号の電気角60度のタイミングを基準として計数を行い、所定値を計数したとき、起動パルスを生成して出力する。そして、この起動パルスをパルスカウンタ(起動パルス計測手段)60が受ける。パルスカウンタ60は、起動パルスを計数し、その結果をセンサレスロジック回路52へ出力する。このセンサレスロジック回路(ロック状態検出手段)52は、受けた計数結果に応じ、ロック状態であることを検出する。
【0024】
===ロック保護===
従来の技術の項で説明したセンサレスモータがロック状態(ロータの回転停止の状態)に陥った場合など、所望の回転数に至らない状態の検出および保護の仕組み及び動作について、図2のフローチャートに沿って、図1の回路ブロック図を参照しつつ説明する。
【0025】
先ず、前述したように、ロータが回転停止の状態になると起動カウンタ58は起動パルスを生成して出力する(S100:YES→S200)。この起動パルスをパルスカウンタ60が計数する(S300)。この起動パルスの数n(nは自然数)が例えば10未満であれば、非ロック(アンロック)状態であるとし、パルスカウンタ60は起動パルスの計数を続行する(S400:YES→S300)。反対に、起動パルスの数nが10を超えた場合(S400:NO)には、センサレスロジック回路(駆動コイル電流遮断制御手段)52はロック状態にあると判定し、U相駆動コイル2、V相駆動コイル4、W相駆動コイル6への電流を遮断するといったロック保護の制御を実行する。すなわち、センサレスロジック回路52は各駆動コイル2,4,6を通電するための信号の出力を停止する。なお、後述するように、パルスカウンタ60の構成を設定することにより、ロック状態であると判断する指標となる時間(起動パルスの数n=10)は適宜変更可能である。
【0026】
そして、このロック保護制御を実行後、所定の時間が経過した後、すなわち、起動パルスの数nが100に至った場合(S600:YES)には、センサレスロジック回路52(再起動手段)は、ロック解除状態に至ったと一応の推定を行うとともに、ロック状態となって加熱した可能性のあるセンサレスモータが十分に冷えたとみなし、各駆動コイル2,4,6への電流の供給を再開する制御を実行する。すなわち、センサレスロジック回路52は各コイル2,4,6を通電するための信号の出力を再開し、前述したS100の処理に戻る。具体的には、センサレスロジック回路52は、マスク信号Umask,Vmask,Wmaskのレベルを次の電気角60度のレベルに変更する。このことにより、センサレスモータは再起動される。なお、後述するように、パルスカウンタ60の構成を設定することにより、各コイル2,4,6への電流を遮断する所望のロック保護時間(再起動までのオフ時間,起動パルスの数n=100)は適宜変更可能である。
【0027】
===パルスカウンタの構成例===
前述したパルスカウンタ60の構成のあくまで一例につき、参考として、図3のブロック図を参照して簡単に説明する。便宜上、波線で囲まれたパルスカウンタ60と協働するセンサレスロジック回路52の一部構成回路部分(インバータ、AND回路、定電流回路、プルアップ抵抗R、及びNPN形バイポーラトランジスタ)も、図3に記載されている。パルスカウンタ60は、同図に示すように、起動パルスやリセット信号が入力されるD形フリップフロップが複数個接続されて構成される。すなわち、D端子と反転Q端子とを短絡したD形フリップフロップがカスケード接続されており、分周回路として動作する。図2を参照して前述したロック状態と判断する指標となる時間(起動パルスの数n=10)を設定するあたり、図3のD形フリップフロップをJ個(Jは、例えば”8”等の自然数)用意する。また、各コイル2,4,6への電流を遮断する所望のロック保護時間(起動パルスの数n=100)を設定するあたり、図3のD形フリップフロップを(J+K)個(Kは、例えば”64”等の自然数)用意する。
【0028】
図3に示すように、インバータに入力される信号A、AND回路に入力される二つの信号B,C、及びAND回路の出力信号Dは、図4の論理値を示す図表に示すように、リセット状態、ロック状態、及び起動(再起動)に応じた値(”H”あるいは”L”)となる。これらの信号A乃至Dの値に応じ、NPN形トランジスタのコレクタから、各コイル2,4,6への電流供給を制御するための信号が供給される。
【0029】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変可能である。
【0030】
本実施の形態では次の作用効果を奏する。
モータのロック状態の検出にあたり、外付けコンデンサの充放電動作によることなく、起動パルスを計測することによって検出する。よって、外付けコンデンサが不要となる。
【0031】
外付けコンデンサを用いずに、起動パルスを計測する。よって、起動パルスの計測結果に対する所定値でもって、再起動までのオフ時間を決定できる。したがって、外付けコンデンサのアナログ値たる放電時間でもって再起動までのオフ時間を決定する場合に比し、精度の高いオフ時間を確保できる。
【0032】
起動パルスの計測結果に対する所定値でもって、再起動までのオフ時間が設定可能である。したがって、外付けコンデンサを用いた場合に比し、オフ時間の設定変更が簡便となる。
【0033】
【発明の効果】
外付けコンデンサを使用しないため、回路面積を小さくできると共にコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るモータ駆動回路を示す回路ブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態に係るロック保護の動作を示すフローチャートである。
【図3】本発明の一実施の形態に係るパルスカウンタの構成例を示す回路ブロック図である。
【図4】本発明の一実施の形態に係るロック保護動作を実現する回路の論理値を示す図表である。
【符号の説明】
2 U相駆動コイル
4 V相駆動コイル
6 W相駆動コイル
52 センサレスロジック回路
58 起動カウンタ
60 パルスカウンタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor lock protection circuit, an integrated circuit, and a motor lock protection method.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-57793 (Patent Document 1) discloses a lock protection circuit that cuts off a current of a motor driving coil when a motor used for a cooling fan or the like falls into a locked state (rotation stopped state). ing. In this lock protection circuit, as shown in FIG. 1 of the publication, an external capacitor is used. That is, when the lock state is entered, when the external capacitor is charged and its terminal voltage reaches a predetermined value, it is determined that the lock state is reached, and the lock protection operation is executed.
[0003]
As this lock protection operation, there is a case where not only the motor drive coil current is cut off, but also a restart operation after the current cut-off is performed. In other words, the time from when the current is cut off until restarting (hereinafter simply referred to as “off period”) is also set by the discharge time according to the time constant of the external capacitor.
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-57793
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology described above, it is necessary to ensure a long off period, particularly when the motor is used as a cooling fan or the like. For this reason, a capacitor having a relatively large capacity has to be externally attached, and there has been a problem that the substrate area becomes large and the cost cannot be avoided. Further, the off period varies due to variations in the capacitance of the capacitor, the charging current, etc., and there is a disadvantage that the off period cannot be set with high accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the main invention according to the present invention, there is provided a lock protection circuit having a start pulse output circuit that outputs a start pulse in a locked state in which a motor to which a current is supplied to a drive coil is stopped, and the start pulse for counting the start pulse Measuring means; lock state detection means for detecting the lock state according to the counting result; and drive coil current cutoff for executing control to cut off the current to the drive coil when the lock state is detected Control means.
[0007]
Therefore, when detecting the locked state of the motor, it is detected by measuring the start pulse without depending on the charge / discharge operation of the external capacitor. Since no external capacitor is used, the circuit area can be reduced and the cost can be reduced.
[0008]
Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
=== Overall Configuration of Motor Drive Circuit ===
The overall configuration of the motor drive circuit according to the present embodiment will be described with reference to the circuit block diagram of FIG. This drive circuit is implemented in the form of an integrated circuit. In the present embodiment, the motor is a sensorless motor that does not have an element (for example, a hall element) for detecting the relative position of the rotor and the stator. As shown in FIG. 1, the U-phase drive coil 2, the V-phase drive coil 4, and the W-phase drive coil 6 are star-connected, have an electrical angle of 120 degrees, and are fixed to a sensorless motor.
[0010]
In order to energize (supply current) the U-phase drive coil 2, the N-channel MOSFET 8 is a source-side transistor, and the N-
[0011]
Similarly, the N-channel MOSFET 12 is a source-side transistor and the N-channel MOSFET 14 is a sink-side transistor to energize the V-phase drive coil 4. The drain sources of the N-channel MOSFETs 12 and 14 are connected in series between the power source Vp and the ground, and the drain-source connection is connected to one end of the V-phase drive coil 4.
[0012]
Similarly, since the W-phase drive coil 6 is energized, the N-channel MOSFET 16 is a source-side transistor, and the N-channel MOSFET 18 is a sink-side transistor. The drain sources of the N-channel MOSFETs 16 and 18 are connected in series between the power supply Vp and the ground, and the drain-source connection portion is connected to one end of the W-phase drive coil 6.
[0013]
Then, by turning these N-
[0014]
The
[0015]
The comparator 22 compares any one of the drive voltages Vu, Vv, and Vw (+ terminal) obtained from the
[0016]
The
[0017]
From the U terminal of the
[0018]
The
[0019]
The combining
[0020]
The phase comparator 40,
[0021]
The sensorless logic circuit 52 outputs a signal for energizing the U-phase drive coil 2, the V-phase drive coil 4, and the W-phase drive coil 6 at an appropriate timing. The sensorless logic circuit 52 operates from a predetermined initial level of the mask signals Umask, Vmask, and Wmask in consideration that the sensorless motor itself cannot estimate the relative position between the rotor and the stator in the initial state. The sensorless logic circuit 52 outputs a signal for selecting the U terminal of the switching
[0022]
The forward /
[0023]
The start counter 58 (start pulse output circuit) sets the timing of the electrical angle of 60 degrees of the composite signal in a state where the predetermined speed is not reached, such as when the sensorless motor is locked (rotation of the rotor is stopped). Counting is performed as a reference, and when a predetermined value is counted, a start pulse is generated and output. Then, this start pulse is received by a pulse counter (start pulse measuring means) 60. The pulse counter 60 counts the start pulse and outputs the result to the sensorless logic circuit 52. This sensorless logic circuit (locked state detecting means) 52 detects that it is in a locked state according to the received counting result.
[0024]
=== Lock protection ===
The detection and protection mechanism and operation in a state where the desired rotational speed is not reached, such as when the sensorless motor described in the section of the prior art falls into a locked state (rotation stop state of the rotor) is shown in the flowchart of FIG. A description will be given with reference to the circuit block diagram of FIG.
[0025]
First, as described above, when the rotor is stopped, the
[0026]
After executing the lock protection control, after a predetermined time has elapsed, that is, when the number n of activation pulses reaches 100 (S600: YES), the sensorless logic circuit 52 (reactivation means) Control that temporarily estimates that the unlocked state has been reached, and that restarts the supply of current to each of the drive coils 2, 4, 6, assuming that the sensorless motor that may have been heated in the locked state has cooled sufficiently Execute. That is, the sensorless logic circuit 52 resumes outputting signals for energizing the coils 2, 4, and 6, and returns to the process of
[0027]
=== Configuration Example of Pulse Counter ===
As an example, the configuration of the
[0028]
As shown in FIG. 3, the signal A input to the inverter, the two signals B and C input to the AND circuit, and the output signal D of the AND circuit are as shown in the chart showing the logical values in FIG. It becomes a value (“H” or “L”) corresponding to the reset state, the lock state, and the start (restart). In accordance with the values of these signals A to D, a signal for controlling current supply to each of the coils 2, 4 and 6 is supplied from the collector of the NPN transistor.
[0029]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely based on the embodiment, it is not limited to this, It can change variously in the range which does not deviate from the summary.
[0030]
This embodiment has the following effects.
In detecting the lock state of the motor, it is detected by measuring the start pulse without depending on the charge / discharge operation of the external capacitor. Therefore, no external capacitor is required.
[0031]
Measure the start pulse without using an external capacitor. Therefore, the off time until the restart can be determined with a predetermined value for the measurement result of the start pulse. Therefore, a more accurate off time can be secured as compared with the case where the off time until the restart is determined by the discharge time as an analog value of the external capacitor.
[0032]
The off time until restart can be set with a predetermined value for the measurement result of the start pulse. Therefore, it is easier to change the setting of the off time than when an external capacitor is used.
[0033]
【The invention's effect】
Since no external capacitor is used, the circuit area can be reduced and the cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a motor drive circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an operation of lock protection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit block diagram showing a configuration example of a pulse counter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a chart showing logic values of a circuit that realizes a lock protection operation according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 U-phase drive coil 4 V-phase drive coil 6 W-phase drive coil 52
Claims (5)
前記起動パルスを計数する起動パルス計測手段と、
前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出するロック状態検出手段と、
前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する駆動コイル電流遮断制御手段と、
を備えることを特徴とするモータのロック保護回路。A lock protection circuit having a start pulse output circuit that outputs a start pulse in a locked state in which a motor to which current is supplied to a drive coil is stopped,
Start pulse measuring means for counting the start pulse;
Lock state detection means for detecting the lock state according to the result of the counting;
Drive coil current cutoff control means for executing control to cut off the current to the drive coil when the locked state is detected;
A motor lock protection circuit comprising:
前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出し、
前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する、
ことを特徴とするモータのロック保護方法。Count the start pulse output in the locked state where the motor that is supplying current to the drive coil is stopped,
Detecting the locked state according to the result of the counting;
When the locked state is detected, control for cutting off the current to the drive coil is executed.
A method for protecting the lock of a motor.
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