JP2012075198A - Drive circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータを駆動するドライブ回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit that drives a motor.
モータには各種のものがあるが、ロータに永久磁石を設け、ステータ側の複数のコイルへの電流供給の位相を制御して、回転磁界を形成してロータを回転させる形式のものが広く採用されている。 There are various types of motors, but there is a wide variety of motors that have a permanent magnet on the rotor and control the phase of current supply to multiple coils on the stator side to form a rotating magnetic field and rotate the rotor. Has been.
このような永久磁石モータへの電流供給は、複数のトランジスタのスイッチングによって行われるのが一般的である。例えば、トランジスタを2つ電源・グランド直列接続したアームを一対設け、2つのアームの中点間にコイルを配置するHブリッジ構成が採用される。この構成により、一方のアームの上側トランジスタと、他方のアームの下側トランジスタをオンすることで、コイルに一方側の電流を流し、他方のアームの上側トランジスタと、一方のアームの下側トランジスタをオンすることで、コイルに他方側の電流を流すことで、コイルに流れる電流位相を制御することができる。そして、コイルをステータの異なる位置に設けるとともに、Hブリッジを対応してそれぞれ設け、コイルへ供給する電流位相を制御することでモータを駆動することができる。 Such a current supply to the permanent magnet motor is generally performed by switching a plurality of transistors. For example, an H-bridge configuration is adopted in which a pair of arms each having two transistors connected in series with a power source and a ground are provided, and a coil is disposed between the midpoints of the two arms. With this configuration, by turning on the upper transistor of one arm and the lower transistor of the other arm, a current on one side flows through the coil, and the upper transistor of the other arm and the lower transistor of one arm are turned on. By turning on, the phase of the current flowing through the coil can be controlled by causing the current on the other side to flow through the coil. And while providing a coil in a different position of a stator and providing H bridge correspondingly and controlling the electric current phase supplied to a coil, a motor can be driven.
ここで、上述のようなHブリッジを用いるドライブ回路などでは、電源からの電流をトランジスタを介しモータに供給する。従って、電源電圧が変動するとモータの駆動状態が変化する。例えば、電源電圧が高ければ、モータ出力は大きく、電源電圧が低ければモータ出力は小さくなってしまう。 Here, in the drive circuit using the H bridge as described above, the current from the power source is supplied to the motor via the transistor. Therefore, when the power supply voltage fluctuates, the driving state of the motor changes. For example, if the power supply voltage is high, the motor output is large, and if the power supply voltage is low, the motor output is small.
本発明は、モータを駆動するドライブ回路であって、PWMキャリア周波数の三角波と、しきい値電圧を比較して、しきい値電圧に応じたデューティー比のPWM信号を発生するコンパレータと、前記PWM信号により複数のトランジスタをスイッチングすることで、電源からの駆動電流をモータへ出力する出力回路と、を含み、前記しきい値電圧は前記電源の電圧に応じて変化することを特徴とする。 The present invention is a drive circuit for driving a motor, which compares a triangular wave of a PWM carrier frequency with a threshold voltage to generate a PWM signal having a duty ratio corresponding to the threshold voltage, and the PWM An output circuit that outputs a driving current from a power source to a motor by switching a plurality of transistors according to a signal, wherein the threshold voltage changes according to the voltage of the power source.
また、前記しきい値電圧は、前記電源からの電源電圧を抵抗分割して生成することが好適である。 The threshold voltage is preferably generated by dividing the power supply voltage from the power supply by resistance.
このように、本発明によれば、モータをPWM駆動する場合であって、電源電圧が変化した場合の、モータ出力の変化を抑制することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to suppress a change in motor output when the motor is PWM driven and the power supply voltage changes.
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図1は、全体構成を示す図であり、システムは、ドライバ100と、モータ200とから構成される。入力信号は、ドライバ100に入力され、ドライバ100が入力信号に応じた駆動電流をモータ200に供給する。これによって、モータ200の回転が入力信号に応じて制御される。なお、モータ200としては、携帯電話の振動発生用のモータなどが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration, and the system includes a
ここで、ドライバ100は、コンパレータ10を有しており、モータ200に設けられたホール素子30からのロータ位置に応じた回転状態信号が、コンパレータ10の一端に供給される。コンパレータ10の他端には、基準値電圧が供給されており、コンパレータ10は回転状態信号が基準値に至ったことを検出する。
Here, the
コンパレータ10の出力は、出力制御回路12に供給される。出力制御回路12は、コンパレータ10の出力信号を所定のクロックでラッチして、回転状態信号からその位相の180度の矩形波であって位相が反転した矩形波を2つ繰り返し得る。そして、これを2つの180度通電の駆動波形とする。そして、この駆動波形を所定のデューティー比のPWM信号(PWM入力)のアンドをとることなどによって、PWM駆動制御信号を生成する。このように、出力制御回路12では、コンパレータ出力に応じて駆動波形(位相)を決定するとともに、PWM変換した駆動制御信号(OUT1,OUT2)を得る。そして、生成された駆動制御信号を出力回路14に供給する。
The output of the
出力回路14は、複数のトランジスタから構成され、これらのスイッチングによって電源からの電流を制御してモータ駆動電流を発生し、これをモータ200に供給する。
The
図2には、出力回路14の一部とモータ200の1つのコイル22の構成を示す。このように、出力回路14は、Hブリッジ構成を有しており、電源VCCとアースの間に2つのトランジスタQ1,Q2の直列接続からなるアームと、2つのトランジスタQ3,Q4の直列接続からなるアームが設けられており、トランジスタQ1,Q2の中間点と、トランジスタQ3,Q4の中間点との間にコイル22が接続される。そして、トランジスタQ1,Q4をオン、トランジスタQ2,Q3をオフすることで、コイル22に一方向の電流を流し、トランジスタQ1,Q4をオフ、トランジスタQ2,Q3をオンすることで、コイル22に反対方向の電流を流し、コイル22を駆動する。
FIG. 2 shows a configuration of a part of the
モータ200は、携帯用の振動モータであり、コイル22とロータ26を有している。ロータ26には、その極数に応じた数の永久磁石が設けられており、例えばN極とS極が対向する位置(互いに180度異なった位置)に配置されている。そして、2つのコイル22からの磁界に応じて安定する位置が決定される。
The
従って、コイル22に交流電流を供給することで、その電流位相によりロータ26を移動させ、回転することができる。また、特定の電流位相のタイミングで、電流位相の変化を停止することで、その時の電流位相に応じた位置にロータを停止することもできる。
Therefore, by supplying an alternating current to the
モータ200には、ホール素子30が設けられており、ロータ26の永久磁石からの磁界に応じて、回転状態信号を発生する。上述のように、N,Sが1つずつの場合、ロータ26の1回転が1周期となる正弦波が回転状態信号として得られ、このホール素子30からの回転状態信号がコンパレータ10に供給される。
The
ここで、本実施形態では、電源電圧VCCが変動した際に、PWM信号のデューティー比を自動的に変更する構成を有しており、この構成について図3に基づいて説明する。なお、この図3の回路は、図1の出力制御回路12に含まれている。
Here, the present embodiment has a configuration in which the duty ratio of the PWM signal is automatically changed when the power supply voltage VCC varies, and this configuration will be described with reference to FIG. The circuit of FIG. 3 is included in the
定電流源CC10は、コンデンサC10の一端(上端)に接続され、このコンデンサC10の他端(下端)はグランドに接続されている。また、コンデンサC10の両端間には、トランジスタQ10が接続されている。 The constant current source CC10 is connected to one end (upper end) of the capacitor C10, and the other end (lower end) of the capacitor C10 is connected to the ground. A transistor Q10 is connected between both ends of the capacitor C10.
また、コンデンサC10の上端は、コンパレータCOMP10の負入力端に接続されており、ここにコンデンサC10の上端電圧Vcが供給される。一方、コンパレータCOMP10の正入力端には電源電圧VCCを2つの抵抗R1,R2で抵抗分割して得られたしきい値電圧Vdが入力されている。 The upper end of the capacitor C10 is connected to the negative input end of the comparator COMP10, and the upper end voltage Vc of the capacitor C10 is supplied thereto. On the other hand, a threshold voltage Vd obtained by dividing the power supply voltage VCC by two resistors R1 and R2 is input to the positive input terminal of the comparator COMP10.
このような回路の動作について、図4に基づいて説明する。まず、PWM入力は、PWMのキャリア周波数のパルス信号であり、予め定められた一定の周波数の信号である。このPWM入力によって、トランジスタQ10がオンされる。 The operation of such a circuit will be described with reference to FIG. First, the PWM input is a pulse signal having a carrier frequency of PWM, and a signal having a predetermined frequency. The transistor Q10 is turned on by this PWM input.
コンデンサC10には、定電流源CC10から定電流が供給されているため、トランジスタQ10がオフの状態で、コンデンサC10の上端電圧Vcは、定電流源CC10からの定電流によって充電されて徐々に上昇する。そして、トランジスタQ10がオンすることで、コンデンサC10がグランドに放電され、トランジスタQ10がオンされるまでは上端電圧Vcはアース電圧に維持される。従って、コンデンサC10の上端電圧は、のこぎり波状の三角波となる。なお、必ずしも、のこぎり波でなくてもよく、放電経路に抵抗を挿入するなどして放電を徐々に行う三角波などにもできる。 Since the constant current is supplied to the capacitor C10 from the constant current source CC10, the upper end voltage Vc of the capacitor C10 is charged by the constant current from the constant current source CC10 and gradually rises with the transistor Q10 turned off. To do. When the transistor Q10 is turned on, the capacitor C10 is discharged to the ground, and the upper end voltage Vc is maintained at the ground voltage until the transistor Q10 is turned on. Therefore, the upper end voltage of the capacitor C10 is a sawtooth triangular wave. It is not always necessary to use a sawtooth wave, but a triangular wave that gradually discharges by inserting a resistor in the discharge path can also be used.
コンパレータCOMP10は、正入力端に供給されるしきい値電圧VdとコンデンサC10の上端電圧Vcを比較し、上端電圧Vcがしきい値電圧Vdを上回っている期間にHレベルとなるPWM信号を出力する。従って、しきい値電圧Vdによってデューティー比が決定されたPWM信号がコンパレータCOMP10の出力に得られる。 The comparator COMP10 compares the threshold voltage Vd supplied to the positive input terminal with the upper end voltage Vc of the capacitor C10, and outputs a PWM signal that becomes H level during the period when the upper end voltage Vc exceeds the threshold voltage Vd. To do. Therefore, a PWM signal whose duty ratio is determined by the threshold voltage Vd is obtained at the output of the comparator COMP10.
ここで、本実施形態では、しきい値電圧Vdを電源電圧VCCの分割で作成しているため、しきい値電圧Vdは電源電圧VCCに比例した電圧になっている。従って、電源電圧VCCに応じてしきい値電圧Vdが変動する。そこで、電源電圧VCCが上昇して、しきい値電圧Vdが図中のVd’となった場合、PWM信号は、図中に破線で示したように、デューティー比が小さくなる。 Here, in the present embodiment, since the threshold voltage Vd is created by dividing the power supply voltage VCC, the threshold voltage Vd is a voltage proportional to the power supply voltage VCC. Therefore, the threshold voltage Vd varies according to the power supply voltage VCC. Therefore, when the power supply voltage VCC rises and the threshold voltage Vd becomes Vd ′ in the figure, the PWM signal has a small duty ratio as indicated by a broken line in the figure.
図2に示すように、モータのコイル22には、電源電圧VCCが印加されるため、電源電圧VCCが高い場合にはコイル22に大きな電流が流れる。一方、本実施形態では、電源電圧VCCが高い場合にPWM信号のデューティー比が自動的に小さくなる。そこで、電源電圧VCCの変動によるモータ出力の変動を抑えることができる。
As shown in FIG. 2, since the power supply voltage VCC is applied to the
このように、本実施形態によれば、比較的簡単な構成で、電源電圧VCCの変動によるモータ出力の変動を抑制することができる。 Thus, according to the present embodiment, fluctuations in motor output due to fluctuations in the power supply voltage VCC can be suppressed with a relatively simple configuration.
なお、しきい値電圧Vdの変動と、電源電圧VCCの変動に対する大きさは、電源電圧VCCの変動に対するモータ出力の変動がなくなるようにPWM信号のデューティー比が変動することが好ましい。しかし、完全な合わせ込みは難しく、電源電圧VCCの許容範囲の変動において、影響を改善できればよく、抵抗R1,R2の値を適切なものに設定することで十分な効果が得られる。 Note that it is preferable that the duty ratio of the PWM signal is varied so that the fluctuation of the threshold voltage Vd and the magnitude of the fluctuation of the power supply voltage VCC do not fluctuate the motor output with respect to the fluctuation of the power supply voltage VCC. However, complete alignment is difficult, and it is sufficient that the influence can be improved in the fluctuation of the allowable range of the power supply voltage VCC. A sufficient effect can be obtained by setting the values of the resistors R1 and R2 to appropriate values.
また、抵抗R1,R2の値を変更することで、デューティー比を変更できる。そこで、モータの運転状態において、適切なデューティー比を設定する場合は、抵抗R1,R2の抵抗値を変更可能として、随時しきい値電圧Vdを設定すればよい。 Further, the duty ratio can be changed by changing the values of the resistors R1 and R2. Therefore, when an appropriate duty ratio is set in the operating state of the motor, the resistance values of the resistors R1 and R2 can be changed and the threshold voltage Vd may be set as needed.
図5には、駆動制御信号のPWM変換の構成例を示してある。このように、アンドゲートAND10により、両信号の論理積を取ることで、PWM変換した駆動制御信号を得ることができる。 FIG. 5 shows a configuration example of PWM conversion of the drive control signal. In this way, by taking the logical product of both signals by the AND gate AND10, a drive control signal obtained by PWM conversion can be obtained.
10 コンパレータ、12 出力制御回路、14 出力回路、22 コイル、26 ロータ、30 ホール素子、100 ドライバ、200 モータ。 10 Comparator, 12 Output control circuit, 14 Output circuit, 22 Coil, 26 Rotor, 30 Hall element, 100 Driver, 200 Motor.
Claims (2)
PWMキャリア周波数の三角波と、しきい値電圧を比較して、しきい値電圧に応じたデューティー比のPWM信号を発生するコンパレータと、
前記PWM信号により複数のトランジスタをスイッチングすることで、電源からの駆動電流をモータへ出力する出力回路と、
を含み、
前記しきい値電圧は前記電源の電圧に応じて変化することを特徴とするドライブ回路。 A drive circuit for driving a motor,
A comparator that compares the triangular wave of the PWM carrier frequency with a threshold voltage and generates a PWM signal having a duty ratio according to the threshold voltage;
An output circuit that outputs a driving current from a power source to a motor by switching a plurality of transistors by the PWM signal;
Including
The drive circuit according to claim 1, wherein the threshold voltage changes according to a voltage of the power source.
前記しきい値電圧は、前記電源からの電源電圧を抵抗分割して生成することを特徴とするドライブ回路。 The drive circuit according to claim 1,
The drive circuit according to claim 1, wherein the threshold voltage is generated by dividing a power supply voltage from the power supply.
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