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JP2012005295A - Motor driving circuit - Google Patents

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JP2012005295A
JP2012005295A JP2010139490A JP2010139490A JP2012005295A JP 2012005295 A JP2012005295 A JP 2012005295A JP 2010139490 A JP2010139490 A JP 2010139490A JP 2010139490 A JP2010139490 A JP 2010139490A JP 2012005295 A JP2012005295 A JP 2012005295A
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mos transistor
turn
motor
time
switching element
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Application number
JP2010139490A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyasu Tamitsuji
敏泰 民▲辻▼
Hidehira Nishi
秀平 西
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Minebea Co Ltd
Original Assignee
Minebea Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor driving circuit that has a small switching loss, and that can operate a motor with stability.SOLUTION: A motor driving circuit 1 has an inverter circuit 2, a control circuit part 3, buffer circuits 4a-4c, a resistor R2, and capacitor elements C1-C3. The buffer circuit 4a has a PMOS transistor Q1a, an NMOS transistor Q1b, a resistor R1a, and a resistor R2a. Since MOS transistors are used for the buffer circuits 4a-4c, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff can be shortened, and the switching loss can be reduced. In addition, since charging is performed via the resistor R2a when the gate of the MOS transistor Q1 is set to a high, and discharging is performed via the resistors R2a and R1a when the gate is set to a low, the turn-on time Ton becomes longer than the turn-off time Toff. Therefore, the dead time for setting all phases to be off is not required, and a motor can be driven with stability.

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動回路に関する。   The present invention relates to a motor drive circuit that drives a motor.

図3は、従来のブラシレスDCモータ駆動回路の一例を示す回路図である。図3のモータ駆動回路11は、インバータ回路12と、制御回路部13と、バッファ回路14と、抵抗R1,R2と、キャパシタ素子C1とを備えている。また、インバータ回路12は、PMOSトランジスタQ1と、NMOSトランジスタQ2とを有する。バッファ回路14は、NPNバイポーラトランジスタQ11と、抵抗R11,R12とを有する。   FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional brushless DC motor driving circuit. The motor drive circuit 11 in FIG. 3 includes an inverter circuit 12, a control circuit unit 13, a buffer circuit 14, resistors R1 and R2, and a capacitor element C1. The inverter circuit 12 includes a PMOS transistor Q1 and an NMOS transistor Q2. The buffer circuit 14 has an NPN bipolar transistor Q11 and resistors R11 and R12.

MOSトランジスタQ1,Q2は、抵抗R2を介して直流電源Vccと接地端子との間に縦続接続される。バイポーラトランジスタQ11はMOSトランジスタQ1のゲートと接地端子との間に接続される。抵抗R12,R11は制御回路部13の出力端子と接地端子との間に直列接続される。抵抗R12と抵抗R11との接続ノードは、バイポーラトランジスタQ11のベースに接続される。抵抗R1およびキャパシタ素子C1は直流電源VccとMOSトランジスタQ1のゲートとの間に並列接続される。   MOS transistors Q1, Q2 are connected in cascade between DC power supply Vcc and the ground terminal via resistor R2. Bipolar transistor Q11 is connected between the gate of MOS transistor Q1 and the ground terminal. The resistors R12 and R11 are connected in series between the output terminal of the control circuit unit 13 and the ground terminal. A connection node between the resistor R12 and the resistor R11 is connected to the base of the bipolar transistor Q11. Resistor R1 and capacitor element C1 are connected in parallel between DC power supply Vcc and the gate of MOS transistor Q1.

不図示のブラシレスDCモータは、例えばU,VおよびW相からなる3つのコイルを有する。インバータ回路12の出力端子であるMOSトランジスタQ1,Q2の接続ノードは、U相コイルに接続される。なお、V相およびW相コイルにも図3と同様の駆動回路が接続されるが、図示していない。   A brushless DC motor (not shown) has, for example, three coils composed of U, V, and W phases. A connection node of the MOS transistors Q1 and Q2, which are output terminals of the inverter circuit 12, is connected to the U-phase coil. A drive circuit similar to that shown in FIG. 3 is also connected to the V-phase and W-phase coils, but this is not shown.

制御回路部13はMOSトランジスタQ1,Q2をオン・オフ制御する。ハイサイド側のMOSトランジスタQ1がオンし、ロウサイド側のMOSトランジスタQ2がオフすると、MOSトランジスタQ1のソース・ドレイン間が導通し、MOSトランジスタQ1,Q2の接続ノードはハイに設定される。その結果、直流電源VccからMOSトランジスタQ1を介してU相コイルへ電流が流れる。一方、MOSトランジスタQ1がオフし、MOSトランジスタQ2がオンすると、MOSトランジスタQ2のソース・ドレイン間がオンし、MOSトランジスタQ1,Q2の接続ノードはロウに設定される。その結果、U相コイルからMOSトランジスタQ2を介して接地端子へ電流が流れる。   The control circuit unit 13 controls on / off of the MOS transistors Q1, Q2. When the high-side MOS transistor Q1 is turned on and the low-side MOS transistor Q2 is turned off, the source and drain of the MOS transistor Q1 become conductive, and the connection node between the MOS transistors Q1 and Q2 is set high. As a result, a current flows from DC power supply Vcc to U-phase coil via MOS transistor Q1. On the other hand, when the MOS transistor Q1 is turned off and the MOS transistor Q2 is turned on, the source and drain of the MOS transistor Q2 are turned on, and the connection node of the MOS transistors Q1 and Q2 is set to low. As a result, a current flows from the U-phase coil to the ground terminal via the MOS transistor Q2.

バッファ回路14は制御回路部13とMOSトランジスタQ1のゲートとの間に設けられる。バッファ回路14はインバータ回路12に供給する電流および電圧を調整して、後述するMOSトランジスタQ1のターンオン時間およびターンオフ時間を制御する。なお、図3では、MOSトランジスタQ1側にバッファ回路を設けるため、ゲート電圧の変更やターンオン時間およびターンオフ時間を制御する必要がない場合は、MOSトランジスタQ2にはバッファ回路14は設けられない。   The buffer circuit 14 is provided between the control circuit unit 13 and the gate of the MOS transistor Q1. The buffer circuit 14 adjusts the current and voltage supplied to the inverter circuit 12, and controls the turn-on time and turn-off time of the MOS transistor Q1 described later. In FIG. 3, since the buffer circuit is provided on the MOS transistor Q1 side, the buffer circuit 14 is not provided in the MOS transistor Q2 when it is not necessary to change the gate voltage or control the turn-on time and the turn-off time.

抵抗R1はバイポーラトランジスタQ11に電流を供給する。キャパシタ素子C1は、MOSトランジスタQ2のゲートに入力されるパルス信号がノイズとしてMOSトランジスタQ1のゲートに重畳されるのを低減する。   Resistor R1 supplies current to bipolar transistor Q11. Capacitor element C1 reduces the superposition of the pulse signal input to the gate of MOS transistor Q2 as noise on the gate of MOS transistor Q1.

図4(a)は、図3のモータ駆動回路11におけるMOSトランジスタQ1のゲート電圧Vaと、V相コイルに接続されるインバータ回路12内の同MOSトランジスタのゲート電圧Vbの電圧波形図であり、図4(b)は図4(a)のA部拡大図である。   FIG. 4A is a voltage waveform diagram of the gate voltage Va of the MOS transistor Q1 in the motor drive circuit 11 of FIG. 3 and the gate voltage Vb of the MOS transistor in the inverter circuit 12 connected to the V-phase coil. FIG. 4B is an enlarged view of a portion A in FIG.

図3のモータ駆動回路11では、抵抗R1を介してキャパシタ素子C1およびMOSトランジスタQ1の内部容量を充電するのに要する時間より、キャパシタ素子C1およびMOSトランジスタQ1の内部容量に蓄積された電荷を、バイポーラトランジスタQ11を介して放電するのに要する時間の方が長い。そのため、図4(b)に示すように、ゲート電圧Vaがロウから閾値電圧に達するまでのターンオフ時間Toffより、ハイから閾値電圧に達するまでのターンオン時間Tonの方が長くなる。したがって、1つの相がオフするのと同時に他の相がオンしてしまうことはなく、すべての相をオフに設定するデッドタイム期間を設ける必要はない。   In the motor drive circuit 11 of FIG. 3, the charge accumulated in the internal capacitances of the capacitor element C1 and the MOS transistor Q1 is calculated from the time required to charge the internal capacitances of the capacitor element C1 and the MOS transistor Q1 via the resistor R1. The time required for discharging through the bipolar transistor Q11 is longer. For this reason, as shown in FIG. 4B, the turn-on time Ton from the high level to the threshold voltage is longer than the turn-off time Toff until the gate voltage Va reaches the threshold voltage from the low level. Therefore, the other phase is not turned on at the same time when one phase is turned off, and it is not necessary to provide a dead time period for setting all the phases to be turned off.

ところが、図3のモータ駆動回路11には以下の問題点が存在する。   However, the motor driving circuit 11 shown in FIG. 3 has the following problems.

(1)バイポーラトランジスタQ11は出力容量が大きいため、図4(b)に示すように、MOSトランジスタQ1のゲート電圧Vaの立ち上がり時間および立ち下がり時間が長くなる。そのため、MOSトランジスタQ1のターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffが長くなり、MOSトランジスタQ1が迅速にオン・オフの切り替えを行えないことから、スイッチング損失が大きくなってしまう。   (1) Since the bipolar transistor Q11 has a large output capacity, the rise time and fall time of the gate voltage Va of the MOS transistor Q1 become longer as shown in FIG. 4B. For this reason, the turn-on time Ton and turn-off time Toff of the MOS transistor Q1 become longer, and the MOS transistor Q1 cannot be switched on / off quickly, resulting in a large switching loss.

(2)MOSトランジスタQ2のゲートに重畳されるノイズを低減するためにキャパシタ素子C1の値を大きくすると、MOSトランジスタQ1のターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffが長くなり、MOSトランジスタQ1のスイッチング損失がさらに大きくなってしまう。   (2) When the value of the capacitor element C1 is increased in order to reduce noise superimposed on the gate of the MOS transistor Q2, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff of the MOS transistor Q1 are increased, and the switching loss of the MOS transistor Q1 is further increased. It gets bigger.

(3)抵抗R1にはバイポーラトランジスタQ11のコレクタ電流が流れるため、大きな電力損失が生じる。損失を抑えるためにコレクタ電流を小さくすると、MOSトランジスタQ1のターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffが長くなり、MOSトランジスタQ1のスイッチング損失がさらに大きくなってしまう。   (3) Since the collector current of the bipolar transistor Q11 flows through the resistor R1, a large power loss occurs. If the collector current is reduced to suppress the loss, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff of the MOS transistor Q1 are lengthened, and the switching loss of the MOS transistor Q1 is further increased.

特許文献1には、バッファ回路14にMOSトランジスタを用いたモータ駆動回路が開示されている。図5(a)は、バッファ回路14にMOSトランジスタを用いた場合のゲート電圧Va,Vbの電圧波形図であり、図5(b)は図5(a)のA部拡大図である。バイポーラトランジスタではなく、MOSトランジスタを用いるため、同図に示すように、MOSトランジスタQ1のゲート電圧Vaの立ち上がり時間および立ち下がり時間が短くなり、上記(1)の問題点が軽減される。   Patent Document 1 discloses a motor drive circuit using a MOS transistor for the buffer circuit 14. FIG. 5A is a voltage waveform diagram of the gate voltages Va and Vb when a MOS transistor is used for the buffer circuit 14, and FIG. 5B is an enlarged view of a portion A in FIG. 5A. Since a MOS transistor is used instead of a bipolar transistor, the rise time and fall time of the gate voltage Va of the MOS transistor Q1 are shortened as shown in the figure, and the problem (1) is reduced.

特開平8−275577号公報JP-A-8-275577

しかしながら、特許文献1では、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffが共に短くなり、両者がほぼ等しくなるため、1つの相がオフするのと同時に他の相がオンしてしまうという問題がある。例えば、図5(b)に示すように、U相がオフするのと同時にV相がオンする。そのため、すべての相をオフに設定するデッドタイム期間を設ける必要があるが、デッドタイム期間を設けるとモータのトルクが変動し、モータの動作が不安定になってしまう。   However, Patent Document 1 has a problem that both the turn-on time Ton and the turn-off time Toff are shortened and both are substantially equal, so that one phase is turned off and the other phase is turned on at the same time. For example, as shown in FIG. 5B, the V phase is turned on simultaneously with the U phase being turned off. For this reason, it is necessary to provide a dead time period in which all phases are set to OFF. However, if the dead time period is provided, the motor torque fluctuates and the motor operation becomes unstable.

しかも、上記(2)および(3)の問題点は解決されない。   Moreover, the problems (2) and (3) are not solved.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スイッチング損失が小さく、かつ、安定してモータを動作させることが可能なモータ駆動回路を提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor drive circuit that has a small switching loss and can stably operate a motor.

本発明の一態様によれば、モータ駆動回路は、制御回路部と、第1のスイッチング素子と、第2のスイッチング素子と、バッファ回路と、キャパシタ素子と、を備える。制御回路部は、第1および第2の駆動信号を生成する。第1のスイッチング素子は、モータのコイルの一端を第1の基準電圧に設定するか否かを制御する。第2のスイッチング素子は、前記第2の駆動信号により、前記コイルの一端を第2の基準電圧に設定するか否かを制御する。バッファ回路は、前記第1の駆動信号に基づいて、前記第1のスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を生成する。キャパシタ素子は、一端が前記第1の基準電圧に設定され、他端が前記制御端子に接続される。前記バッファ回路は、第1および第2のMOSトランジスタと、第1のインピーダンス素子と、を有する。第1および第2のMOSトランジスタは、同時にオンしないようにオン・オフ動作を行う。第1のインピーダンス素子は、前記第1のMOSトランジスタの出力側端子と前記第2のMOSトランジスタの出力側端子との間に接続される。   According to one aspect of the present invention, the motor drive circuit includes a control circuit unit, a first switching element, a second switching element, a buffer circuit, and a capacitor element. The control circuit unit generates first and second drive signals. The first switching element controls whether or not one end of the motor coil is set to the first reference voltage. The second switching element controls whether one end of the coil is set to a second reference voltage according to the second drive signal. The buffer circuit generates a control signal input to the control terminal of the first switching element based on the first drive signal. One end of the capacitor element is set to the first reference voltage, and the other end is connected to the control terminal. The buffer circuit includes first and second MOS transistors and a first impedance element. The first and second MOS transistors are turned on / off so that they are not turned on simultaneously. The first impedance element is connected between the output side terminal of the first MOS transistor and the output side terminal of the second MOS transistor.

本発明によれば、バッファ回路にMOSトランジスタを用いることでスイッチング損失の低減を図ることができ、かつ、デッドタイム期間をなくすことでモータの安定した駆動が可能となる。   According to the present invention, the switching loss can be reduced by using the MOS transistor in the buffer circuit, and the motor can be stably driven by eliminating the dead time period.

本発明の一実施形態に係るモータ駆動回路1およびモータ10の回路図。1 is a circuit diagram of a motor drive circuit 1 and a motor 10 according to an embodiment of the present invention. MOSトランジスタQ1のゲート電圧VaおよびMOSトランジスタQ3のゲート電圧Vbの電圧波形の一例を示す図。The figure which shows an example of the voltage waveform of the gate voltage Va of MOS transistor Q1, and the gate voltage Vb of MOS transistor Q3. 従来のブラシレスDCモータ駆動回路の一例を示す回路図。The circuit diagram which shows an example of the conventional brushless DC motor drive circuit. 図3のモータ駆動回路11におけるU相のハイサイド側スイッチング素子(MOSトランジスタ)Q1のゲート電圧Va,V相のハイサイド側スイッチング素子のゲート電圧Vbの電圧波形図。FIG. 4 is a voltage waveform diagram of a gate voltage Va of a U-phase high-side switching element (MOS transistor) Q1 and a gate voltage Vb of a V-phase high-side switching element in the motor drive circuit 11 of FIG. 従来例として、バッファ回路にMOSトランジスタを用いた場合のゲート電圧Va,Vbの電圧波形図。The voltage waveform figure of gate voltage Va, Vb at the time of using a MOS transistor for a buffer circuit as a prior art example.

以下、本発明に係るモータ駆動回路の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of a motor drive circuit according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動回路1およびモータ10の回路図である。モータ駆動回路1は、インバータ回路2と、制御回路部3と、バッファ回路4a〜4cと、抵抗R2と、キャパシタ素子C1〜C3とを備えている。また、インバータ回路2はアーム回路5a〜5cとを有する。本実施形態では、モータ10がブラシレスDCモータである例を示すが、他のモータであってもよい。   FIG. 1 is a circuit diagram of a motor drive circuit 1 and a motor 10 according to an embodiment of the present invention. The motor drive circuit 1 includes an inverter circuit 2, a control circuit unit 3, buffer circuits 4a to 4c, a resistor R2, and capacitor elements C1 to C3. The inverter circuit 2 has arm circuits 5a to 5c. In the present embodiment, an example in which the motor 10 is a brushless DC motor is shown, but another motor may be used.

モータ10は、アーム回路5a〜5cの各出力端子であるU,V,W端子間に星型結線される3つのコイル、すなわちU相コイルLu、V相コイルLvおよびW相コイルLwと、不図示のロータとを有する。本実施形態では、モータ10が3つのコイルLu〜Lwを有するため、モータ駆動回路1内に3つのバッファ回路4a〜4c、3つのアーム回路5a〜5cおよび3つのキャパシタ素子C1〜C3を設けるが、より一般的には、コイルと同数のバッファ回路、アーム回路およびキャパシタ素子を設ければよい。   The motor 10 includes three coils that are star-connected between the U, V, and W terminals that are output terminals of the arm circuits 5a to 5c, that is, a U-phase coil Lu, a V-phase coil Lv, and a W-phase coil Lw, And the illustrated rotor. In the present embodiment, since the motor 10 has three coils Lu to Lw, three buffer circuits 4a to 4c, three arm circuits 5a to 5c, and three capacitor elements C1 to C3 are provided in the motor drive circuit 1. More generally, the same number of buffer circuits, arm circuits, and capacitor elements as the coils may be provided.

バッファ回路4aおよびアーム回路5aはU端子の電圧Vuを制御する。バッファ回路4aは、PMOSトランジスタ(第1のMOSトランジスタ)Q1aと、NMOSトランジスタ(第2のMOSトランジスタ)Q1bと、抵抗(第1のインピーダンス素子)R1aと、抵抗(第2のインピーダンス素子)R2aとを有する。アーム回路5aは、PMOSトランジスタ(第1のスイッチング素子)Q1と、NMOSトランジスタ(第2のスイッチング素子)Q2とを有する。   The buffer circuit 4a and the arm circuit 5a control the voltage Vu at the U terminal. The buffer circuit 4a includes a PMOS transistor (first MOS transistor) Q1a, an NMOS transistor (second MOS transistor) Q1b, a resistor (first impedance element) R1a, and a resistor (second impedance element) R2a. Have The arm circuit 5a includes a PMOS transistor (first switching element) Q1 and an NMOS transistor (second switching element) Q2.

バッファ回路4a内のMOSトランジスタQ1a、抵抗R1aおよびMOSトランジスタQ1bは、直流電源Vcc(例えば12V)と接地端子との間に縦続接続される。MOSトランジスタQ1a,Q1bのゲート(制御端子)には制御回路部3から共通の駆動信号(第1の駆動信号)が入力される。抵抗R2aは、MOSトランジスタQ1aと抵抗R1aとの接続ノードと、アーム回路5a内のMOSトランジスタQ1のゲートとの間に接続される。   MOS transistor Q1a, resistor R1a, and MOS transistor Q1b in buffer circuit 4a are connected in cascade between a DC power supply Vcc (for example, 12V) and a ground terminal. A common drive signal (first drive signal) is input from the control circuit unit 3 to the gates (control terminals) of the MOS transistors Q1a and Q1b. The resistor R2a is connected between a connection node between the MOS transistor Q1a and the resistor R1a and the gate of the MOS transistor Q1 in the arm circuit 5a.

バッファ回路4aは、制御回路部3が生成する駆動信号の位相を反転した制御信号を生成する。   The buffer circuit 4a generates a control signal obtained by inverting the phase of the drive signal generated by the control circuit unit 3.

アーム回路5a内のMOSトランジスタQ1,Q2は、抵抗R2を介して直流電源Vccと接地端子との間に縦続接続される。MOSトランジスタQ1のゲート(制御端子)にはバッファ回路4aから制御信号が入力される。一方、MOSトランジスタQ2のゲート(制御端子)には制御回路部3から駆動信号(第2の駆動信号)が入力される。MOSトランジスタQ1,Q2の接続ノードはU端子であり、U相コイルLuの一端に接続される。   MOS transistors Q1 and Q2 in arm circuit 5a are connected in cascade between DC power supply Vcc and the ground terminal via resistor R2. A control signal is input from the buffer circuit 4a to the gate (control terminal) of the MOS transistor Q1. On the other hand, a drive signal (second drive signal) is input from the control circuit unit 3 to the gate (control terminal) of the MOS transistor Q2. The connection node of MOS transistors Q1, Q2 is a U terminal, and is connected to one end of U-phase coil Lu.

MOSトランジスタQ1のゲートがロウに設定されると、MOSトランジスタQ1はオンしてMOSトランジスタQ1のソース・ドレイン間が導通する。その結果、U端子の電圧Vuはハイ(第1の基準電圧)に設定される。一方、MOSトランジスタQ2のゲートがハイに設定されると、MOSトランジスタQ2はオンしてMOSトランジスタQ2のソース・ドレイン間が導通する。その結果、U端子の電圧Vuはロウ(第2の基準電圧)に設定される。   When the gate of the MOS transistor Q1 is set low, the MOS transistor Q1 is turned on and the source and drain of the MOS transistor Q1 are conducted. As a result, the voltage Vu at the U terminal is set to high (first reference voltage). On the other hand, when the gate of the MOS transistor Q2 is set high, the MOS transistor Q2 is turned on and the source and drain of the MOS transistor Q2 are conducted. As a result, the voltage Vu at the U terminal is set to low (second reference voltage).

キャパシタ素子C1は直流電源VccとMOSトランジスタQ1のゲートとの間に接続される。キャパシタ素子C1はMOSトランジスタQ2のゲートに入力されるパルス信号がノイズとしてMOSトランジスタQ1のゲートに重畳されるのを低減する。なお、図3のモータ駆動回路11と異なり、バッファ回路4a〜4cに電流を供給するための抵抗を設ける必要はない。   Capacitor element C1 is connected between DC power supply Vcc and the gate of MOS transistor Q1. Capacitor element C1 reduces the superposition of the pulse signal input to the gate of MOS transistor Q2 as noise on the gate of MOS transistor Q1. Unlike the motor drive circuit 11 of FIG. 3, it is not necessary to provide a resistor for supplying current to the buffer circuits 4a to 4c.

V端子の電圧Vvを制御するバッファ回路4bおよびアーム回路5bと、W端子の電圧Vwを制御するバッファ回路4cおよびアーム回路5cは、バッファ回路4aおよびアーム回路5aと同様であるので、説明を省略する。   The buffer circuit 4b and the arm circuit 5b for controlling the voltage Vv at the V terminal and the buffer circuit 4c and the arm circuit 5c for controlling the voltage Vw at the W terminal are the same as the buffer circuit 4a and the arm circuit 5a. To do.

制御回路部3は駆動信号を生成して、ハイサイド側のPMOSトランジスタQ1,Q3,Q5のうちの1つと、ロウサイド側のNMOSトランジスタQ2,Q4,Q6のうちの1つとをオンさせる。ただし、1つのアーム回路内の両方のトランジスタを同時にオンさせることはない。例えば、制御回路部3は、PMOSトランジスタQ1およびNMOSトランジスタQ4をオンさせる。このとき、U端子の電圧Vuはハイに、V端子の電圧Vvはロウにそれぞれ設定される。これにより、直流電源Vccから、MOSトランジスタQ1、U相コイルLu、V相コイルLv、MOSトランジスタQ4、抵抗R2および接地端子の順に駆動電流が流れる。コイルLu〜Lwのうちの2つに流す駆動電流を順繰りに切り替えることにより、ロータは回転する。   The control circuit unit 3 generates a drive signal to turn on one of the high-side PMOS transistors Q1, Q3, and Q5 and one of the low-side NMOS transistors Q2, Q4, and Q6. However, both transistors in one arm circuit are not turned on at the same time. For example, the control circuit unit 3 turns on the PMOS transistor Q1 and the NMOS transistor Q4. At this time, the voltage Vu at the U terminal is set to high and the voltage Vv at the V terminal is set to low. As a result, drive current flows from the DC power source Vcc in the order of the MOS transistor Q1, the U-phase coil Lu, the V-phase coil Lv, the MOS transistor Q4, the resistor R2, and the ground terminal. The rotor rotates by switching the drive currents flowing through two of the coils Lu to Lw in order.

図2(a)は、MOSトランジスタQ1のゲート電圧VaおよびMOSトランジスタQ3のゲート電圧Vbの電圧波形の一例を示す図であり、図2(b)は図2(a)のA部拡大図である。   FIG. 2A is a diagram illustrating an example of voltage waveforms of the gate voltage Va of the MOS transistor Q1 and the gate voltage Vb of the MOS transistor Q3, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion A in FIG. is there.

同図に示すように、バッファ回路4a〜4cにはMOSトランジスタを用いるため、バイポーラトランジスタを用いた場合に比べ、MOSトランジスタQ1のゲート電圧VaおよびMOSトランジスタQ3のゲート電圧Vbの立ち上がり時間および立ち下がり時間を短くできる。そのため、ゲート電圧Va,Vbがオフからオンに遷移するのに要するターンオン時間Ton、すなわち、ハイから閾値電圧に達するまでの時間と、オンからオフに遷移するのに要するターンオフ時間Toff、すなわち、ゲート電圧Va,Vbがロウから閾値電圧に達するまでの時間が短くなり、MOSトランジスタQ1,Q3のスイッチング損失を小さくできる。   As shown in the figure, since MOS transistors are used for the buffer circuits 4a to 4c, the rise time and the fall of the gate voltage Va of the MOS transistor Q1 and the gate voltage Vb of the MOS transistor Q3 are compared with the case where a bipolar transistor is used. Time can be shortened. Therefore, the turn-on time Ton required for the gate voltages Va and Vb to transition from OFF to ON, that is, the time until the threshold voltage is reached from high, and the turn-off time Toff required for the transition from ON to OFF, that is, the gate The time until the voltages Va and Vb reach the threshold voltage from low is shortened, and the switching loss of the MOS transistors Q1 and Q3 can be reduced.

また、ターンオフ時間Toffは、直流電源VccからMOSトランジスタQ1aおよび抵抗R2aを介してキャパシタ素子C1およびMOSトランジスタQ1の内部容量を充電するのに必要な時間である。よって、ターンオフ時間Toffは、(キャパシタ素子C1とMOSトランジスタQ1の内部容量との合成容量)*R2aに依存する。一方、ターンオン時間Tonは、キャパシタ素子C1およびMOSトランジスタQ1の内部に蓄積された電荷を、抵抗R2a,R1aおよびMOSトランジスタQ1bを介して接地端子に放電するのに必要な時間である。よって、ターンオン時間Tonは、(キャパシタ素子C1とMOSトランジスタQ1の内部容量との合成容量)*(R2a+R1a)に依存する。   The turn-off time Toff is a time required for charging the internal capacitances of the capacitor element C1 and the MOS transistor Q1 from the DC power supply Vcc via the MOS transistor Q1a and the resistor R2a. Therefore, the turn-off time Toff depends on (the combined capacitance of the capacitor element C1 and the internal capacitance of the MOS transistor Q1) * R2a. On the other hand, the turn-on time Ton is a time required to discharge the charges accumulated in the capacitor element C1 and the MOS transistor Q1 to the ground terminal via the resistors R2a, R1a and the MOS transistor Q1b. Therefore, the turn-on time Ton depends on (the combined capacity of the capacitor element C1 and the internal capacity of the MOS transistor Q1) * (R2a + R1a).

このように、抵抗R1aの分だけ、ターンオフ時間Toffよりターンオン時間Tonの方が長くなる。よって、図2(b)に示すように、時刻t1でMOSトランジスタQ1がオフ(U相がオフ)した後、時刻t2でMOSトランジスタQ3がオン(V相がオン)する。言い換えると、1つの相がオフするのと同時に他の相がオンすることはない。そのため、すべての相をオフに設定するデッドタイム期間を設ける必要がなく、安定してモータを駆動できる。ターンオン時間Tonとターンオフ時間Toffの差である時刻t1〜t2の期間は、抵抗R1aの値により調整可能である。   Thus, the turn-on time Ton is longer than the turn-off time Toff by the amount of the resistor R1a. Therefore, as shown in FIG. 2B, after the MOS transistor Q1 is turned off (U phase is turned off) at time t1, the MOS transistor Q3 is turned on (V phase is turned on) at time t2. In other words, one phase does not turn on at the same time as one phase turns off. Therefore, it is not necessary to provide a dead time period in which all phases are set off, and the motor can be driven stably. The period between times t1 and t2, which is the difference between the turn-on time Ton and the turn-off time Toff, can be adjusted by the value of the resistor R1a.

抵抗R2aとして、単体の抵抗素子を設けることなく、MOSトランジスタQ1aと抵抗R1aとの接続ノードと、MOSトランジスタQ1のゲートとを直接接続し、配線抵抗を抵抗R2aとしても良い。ただし、確実にターンオフ時間Toffよりターンオン時間Tonを長くするためには、抵抗R1aとして抵抗素子を設けるのが好適である。   As the resistor R2a, a connection node between the MOS transistor Q1a and the resistor R1a and the gate of the MOS transistor Q1 may be directly connected without providing a single resistance element, and the wiring resistance may be the resistor R2a. However, in order to make the turn-on time Ton longer than the turn-off time Toff, it is preferable to provide a resistance element as the resistor R1a.

また、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffはキャパシタ素子C1の値のみならず、抵抗R2aの値にも依存する。そのため、キャパシタ素子C1の値を大きくした場合の、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffへの影響は相対的に小さい。そのため、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを大幅に長くすることなく、キャパシタ素子C1の値を大きく設定でき、MOSトランジスタQ1のゲートに入力される信号に重畳されるノイズを抑制できる。また、キャパシタ素子C1の値を大きくしても、抵抗R1a,R2aの値を小さくすることで、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffの増加を最小限に抑えることができ、スイッチング損失を抑制できる。   Further, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff depend on not only the value of the capacitor element C1 but also the value of the resistor R2a. Therefore, when the value of the capacitor element C1 is increased, the influence on the turn-on time Ton and the turn-off time Toff is relatively small. Therefore, the value of capacitor element C1 can be set large without significantly increasing turn-on time Ton and turn-off time Toff, and noise superimposed on the signal input to the gate of MOS transistor Q1 can be suppressed. Even if the value of the capacitor element C1 is increased, by increasing the values of the resistors R1a and R2a, the increase in the turn-on time Ton and the turn-off time Toff can be suppressed to the minimum, and the switching loss can be suppressed.

また、バッファ回路4a〜4cを動作させるための抵抗(例えば、図3の抵抗R1)を設ける必要がないため、消費電力を抑制できる。   In addition, since it is not necessary to provide a resistor (for example, the resistor R1 in FIG. 3) for operating the buffer circuits 4a to 4c, power consumption can be suppressed.

このように、本実施形態では、バッファ回路4a〜4cにMOSトランジスタを用いるため、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを短くできる。そのため、スイッチング損失を小さくできる。また、MOSトランジスタQ1のゲートをハイに設定する場合は抵抗R2aを介して充電し、ロウに設定する場合は抵抗R2a,R1aを介して放電するため、ターンオフ時間Toffよりターンオン時間Tonが長くなる。そのため、すべての相をオフに設定するデッドタイム期間を設ける必要がなく、モータを安定して駆動できる。また、ターンオン時間Tonおよびターンオフ時間Toffを大幅に長くすることなく、キャパシタ素子C1の値を大きくすることができ、MOSトランジスタQ1のゲートに重畳されるノイズを低減できる。   Thus, in this embodiment, since the MOS transistors are used for the buffer circuits 4a to 4c, the turn-on time Ton and the turn-off time Toff can be shortened. Therefore, switching loss can be reduced. Further, when the gate of the MOS transistor Q1 is set high, charging is performed through the resistor R2a, and when it is set low, discharging is performed through the resistors R2a and R1a. Therefore, the turn-on time Ton becomes longer than the turn-off time Toff. Therefore, it is not necessary to provide a dead time period in which all phases are set off, and the motor can be driven stably. Further, the value of the capacitor element C1 can be increased without significantly increasing the turn-on time Ton and the turn-off time Toff, and noise superimposed on the gate of the MOS transistor Q1 can be reduced.

図1のモータ駆動回路は一例に過ぎず、種々の変形が可能である。例えば、トランジスタの導電型を逆にし、それに応じて直流電源と接地端子の接続位置を逆にしたモータ駆動回路を構成してもよい。この場合も基本的な動作原理は同じである。例えば、図1のバッファ回路4aは、直流電源Vcc側にPMOSトランジスタが、接地端子側にNMOSトランジスタがそれぞれ設けられる。この場合、バッファ回路4aは制御回路部3が生成する駆動信号の位相を反転させた制御信号をMOSトランジスタQ1のゲートに入力する。これに対し、直流電源側にNMOSトランジスタを、接地端子側にPMOSトランジスタをそれぞれ設けてもよい。この場合、バッファ回路4aは制御回路部3が生成する駆動信号の位相を反転させることなく、MOSトランジスタQ1のゲートに入力する。このことを考慮して、制御回路部3は駆動信号を生成すればよい。   The motor drive circuit in FIG. 1 is merely an example, and various modifications are possible. For example, a motor drive circuit in which the conductivity type of the transistor is reversed and the connection position of the DC power supply and the ground terminal is reversed accordingly may be configured. In this case, the basic operation principle is the same. For example, the buffer circuit 4a in FIG. 1 includes a PMOS transistor on the DC power supply Vcc side and an NMOS transistor on the ground terminal side. In this case, the buffer circuit 4a inputs a control signal obtained by inverting the phase of the drive signal generated by the control circuit unit 3 to the gate of the MOS transistor Q1. On the other hand, an NMOS transistor may be provided on the DC power supply side and a PMOS transistor may be provided on the ground terminal side. In this case, the buffer circuit 4a inputs the drive signal generated by the control circuit unit 3 to the gate of the MOS transistor Q1 without inverting the phase. In consideration of this, the control circuit unit 3 may generate a drive signal.

本発明に係るモータ駆動は、回路全体を同一の半導体基板上に形成してもよいし、回路の一部を別の半導体基板上に形成してもよい。また、本発明に係るモータ駆動回路は、プリント基板等にディスクリート部品を用いて実装してもよい。   In the motor drive according to the present invention, the entire circuit may be formed on the same semiconductor substrate, or a part of the circuit may be formed on another semiconductor substrate. The motor drive circuit according to the present invention may be mounted on a printed circuit board or the like using discrete components.

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態には限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。   Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the aspects of the present invention are not limited to the individual embodiments described above. Absent. Various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

1 モータ駆動回路
2 インバータ回路
3 制御回路部
4a〜4c バッファ回路
5a〜5c アーム回路
10 モータ(ブラシレスDCモータ)
Q1,Q3,Q5 PMOSトランジスタ(第1のスイッチング素子)
Q2,Q4,Q6 NMOSトランジスタ(第2のスイッチング素子)
Q1a,Q3a,Q5a PMOSトランジスタ(第1のMOSトランジスタ)
Q1b,Q3b,Q5b NMOSトランジスタ(第2のMOSトランジスタ)
R2 抵抗
R1a,R1b,R1c 抵抗(第1のインピーダンス素子)
R2a,R2b,R2c 抵抗(第2のインピーダンス素子)
C1〜C3 キャパシタ素子
Lu U相コイル
Lv V相コイル
Lw W相コイル
Vcc 直流電源
Va,Vb ゲート電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor drive circuit 2 Inverter circuit 3 Control circuit part 4a-4c Buffer circuit 5a-5c Arm circuit 10 Motor (brushless DC motor)
Q1, Q3, Q5 PMOS transistor (first switching element)
Q2, Q4, Q6 NMOS transistor (second switching element)
Q1a, Q3a, Q5a PMOS transistors (first MOS transistors)
Q1b, Q3b, Q5b NMOS transistor (second MOS transistor)
R2 resistor R1a, R1b, R1c resistor (first impedance element)
R2a, R2b, R2c Resistance (second impedance element)
C1 to C3 Capacitor element Lu U phase coil Lv V phase coil Lw W phase coil Vcc DC power supply Va, Vb Gate voltage

Claims (6)

第1および第2の駆動信号を生成する制御回路部と、
モータのコイルの一端を第1の基準電圧に設定するか否かを制御する第1のスイッチング素子と、
前記第2の駆動信号により、前記コイルの一端を第2の基準電圧に設定するか否かを制御する第2のスイッチング素子と、
前記第1の駆動信号に基づいて、前記第1のスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を生成するバッファ回路と、
一端が前記第1の基準電圧に設定され、他端が前記制御端子に接続されるキャパシタ素子と、
を備え、
前記バッファ回路は、
同時にオンしないようにオン・オフ動作を行う第1および第2のMOSトランジスタと、
前記第1のMOSトランジスタの出力側端子と前記第2のMOSトランジスタの出力側端子との間に接続される第1のインピーダンス素子と、を有することを特徴とするモータ駆動回路。
A control circuit unit for generating first and second drive signals;
A first switching element that controls whether one end of the motor coil is set to a first reference voltage;
A second switching element that controls whether one end of the coil is set to a second reference voltage by the second drive signal;
A buffer circuit that generates a control signal input to a control terminal of the first switching element based on the first drive signal;
A capacitor element having one end set to the first reference voltage and the other end connected to the control terminal;
With
The buffer circuit is
First and second MOS transistors that perform on / off operations so as not to be turned on simultaneously;
A motor drive circuit comprising: a first impedance element connected between an output side terminal of the first MOS transistor and an output side terminal of the second MOS transistor.
前記第1のMOSトランジスタの出力側端子と前記第1のインピーダンス素子との接続ノードに一端が接続され、他端から前記制御信号が出力される第2のインピーダンス素子を備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動回路。   One end is connected to a connection node between the output side terminal of the first MOS transistor and the first impedance element, and the second impedance element is provided to output the control signal from the other end. Item 2. The motor drive circuit according to Item 1. 前記第1のMOSトランジスタは、
前記第1の駆動信号が入力される第1の制御端子と、
前記第1の基準電圧に設定される第1の出力側端子と、
前記第1のインピーダンス素子の一端に接続される第2の出力側端子と、を有し、
前記第2のMOSトランジスタは、
前記第1の駆動信号が入力される第2の制御端子と、
前記第2の基準電圧に設定される第3の出力側端子と、
前記第1のインピーダンス素子の他端に接続される第4の出力側端子と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動回路。
The first MOS transistor is
A first control terminal to which the first drive signal is input;
A first output side terminal set to the first reference voltage;
A second output side terminal connected to one end of the first impedance element,
The second MOS transistor is
A second control terminal to which the first drive signal is input;
A third output-side terminal set to the second reference voltage;
The motor drive circuit according to claim 1, further comprising: a fourth output-side terminal connected to the other end of the first impedance element.
前記第1のスイッチング素子は、オンからオフに遷移するまでに要する時間より、オフからオンに遷移するのに要する時間の方が長いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のモータ駆動回路。   4. The time according to claim 1, wherein the time required for the first switching element to transition from off to on is longer than the time required for the transition from on to off. Motor drive circuit. 前記第1のスイッチング素子はPMOSトランジスタであり、
前記第2の基準電圧は接地電圧であり、
前記第1の基準電圧は前記接地電圧より高い電圧であり、
前記第1のスイッチング素子は、ターンオフ時に前記第1の基準電圧の電圧源から前記第1のMOSトランジスタを介して、前記第1のスイッチング素子の内部容量および前記キャパシタ素子に電荷を充電し、ターンオン時に前記第1のインピーダンス素子および前記第2のMOSトランジスタを介して、前記第1のスイッチング素子の内部容量および前記キャパシタ素子に蓄積された電荷を放電することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ駆動回路。
The first switching element is a PMOS transistor;
The second reference voltage is a ground voltage;
The first reference voltage is higher than the ground voltage;
When the first switching element is turned off, the internal capacitance of the first switching element and the capacitor element are charged from the voltage source of the first reference voltage via the first MOS transistor, and the first switching element is turned on. The charge accumulated in the capacitor and the capacitor element of the first switching element is sometimes discharged through the first impedance element and the second MOS transistor. The motor drive circuit according to any one of the above.
前記モータはブラシレスDCモータであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のモータ駆動回路。   The motor drive circuit according to claim 1, wherein the motor is a brushless DC motor.
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