JP3091638B2 - モータ駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動回路、特に
出力段におけるモータの出力電圧及び出力電流の制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザビームプリンタのポリ
ゴンミラーの回転などに３相ブラシレスモータが採用さ
れている。この３相ブラシレスモータは、ステータ側に
３相のコイルを有し、ここに所定の交流電流を順次供給
することによって回転子を回転させる。

【０００３】そして、この電流供給には、３対の出力ト
ランジスタが利用される。すなわち、電源とアースの間
に直列接続した出力トランジスタ対を３対設け、これら
出力トランジスタの接続点をモータコイルに接続し、所
定の組み合わせで出力トランジスタをオンすることによ
って、モータコイルに所望の電流を供給する。

【０００４】また、回転数制御のために、回転子の回転
数に応じた回転周波数信号を発生し、回転周波数信号と
基準クロックの誤差をトルク信号として出力し、回転数
を速度制御している。

【０００５】ここで、出力トランジスタの電源側電圧で
ある駆動電源電圧ＶM を常時最高トルク発生に必要な高
電位にしておくと、低回転、高トルク運転時において、
出力トランジスタでの電力損失が大きくなり、出力トラ
ンジスタが発熱するという問題点がある。

【０００６】そこで、駆動電源電圧ＶM を低く設定する
と、高トルクでかつ高速回転時に出力トランジスタが飽
和して、出力電流の波形が歪んでしまう。そして、波形
に歪みが生ずると、ノイズが生じたり、モータの回転を
スムーズに行えなくなったりする。さらに、出力トラン
ジスタにおいて飽和が生じると、オフとなるべきトラン
ジスタのオフが遅延し、出力トランジスタ対の両方がオ
ンする時間が生じ、スルー電流が流れてしまうという問
題が生じる。なお、このような問題は電流リニア型駆動
方式において主に発生するものである。

【０００７】このため、従来より、モータ駆動回路にお
いて、飽和防止回路が設けられている。この飽和防止回
路は、モータコイルに流れるモータ出力電圧の電圧変化
における上側包絡線電圧または下側包絡線電圧を常時検
出しておき、この検出電圧に応じて、出力トランジスタ
のコレクタエミッタ間電圧が低くなりすぎないように駆
動電源電圧ＶM を制御し、飽和を防止している。

【０００８】具体的には、駆動電源電圧ＶM の制御に
は、ＰＷＭ制御が利用される。すなわち、モータ出力電
圧に応じた信号と三角波を比較し、これに応じたデュー
ティ比のパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成し、このＰＷ
Ｍ信号から出力トランジスタの駆動電源電圧ＶM を生成
するＰＷＭ制御が行われている。

【０００９】そして、この飽和防止回路において、モー
タ出力電圧の上側包絡線電圧および下側包絡線電圧の両
方を検出し、これに基づいて駆動電源電圧を制御すれ
ば、完全な飽和防止を図ることができる。

【００１０】このように、速度制御と、ＰＷＭ制御の両
方を利用して、３相ブラシレスモータを一定回転させる
と共に、駆動電源電圧が制御されている。なお、モータ
出力電圧の位相制御には、ホール素子からのフィードバ
ック制御が利用されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、モータ出力
電圧の上側包絡線および下側包絡線の２種類の包絡線を
両方とも検出しこれに基づいて１つの駆動電源電圧を発
生させると、その回路構成が複雑になってしまうという
問題点がある。

【００１２】一方、モータ出力電圧の上側包絡線電圧ま
たは下側包絡線電圧の一方を検出し、これに応じて駆動
電源電圧を制御すれば、１つの検出電圧から１つの電圧
を生成すれば良いため、回路を大幅に簡略化できる。

【００１３】しかし、この構成であると、シンクソース
トランジスタのドライブ条件が異なる（またはばらつ
く）場合、図８に示すように、モータ出力電圧が上側包
絡線電圧または下側包絡線電圧に向けてシフト、一方側
で飽和してしまうという問題点があった。

【００１４】さらに、最高トルク状態でモータ回転数が
非常に高くなった場合、モータの逆起電圧によってモー
タ出力電圧が非常に高くなる。上述のような飽和防止回
路は、出力トランジスタの駆動電源電圧ＶM を上昇させ
ることで、出力トランジスタの飽和防止を図るが、ＩＣ
内の最高電圧は、通常ＩＣの電源電圧ＶCCによって制限
されており、駆動電源電圧ＶM をそれ以上にすることは
できない。したがって、このような場合には、出力トラ
ンジスタが飽和してしまうという問題点があった。

【００１５】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、好適な飽和防止を図るこ
とができるモータ駆動回路を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、トルク指令値
に応じた複数相のモータ出力電圧を駆動電源電圧から生
成して出力する出力手段と、モータ出力電圧の変化にお
ける上側包絡線電圧または下側包絡線電圧のいずれか一
方を検出する包絡線電圧検出手段と、この包絡線電圧検
出手段の検出結果にしたがって、出力手段の駆動電源電
圧を制御する駆動電源電圧制御手段と、モータ出力電圧
の変化における中点を駆動電源電圧の中点に合致させる
よう制御する中点制御手段と、上記包絡線電圧検出手段
の検出結果により、モータ出力電圧が上記駆動電源電圧
の変更可能な最大範囲に近付いたことを検出した場合
に、上記トルク指令値を小さくするトルク指令値制御手
段と、を有することを特徴とする。

【００１７】また、上記モータ出力手段は、一端が駆動
電源電圧に接続されたソース側出力トランジスタと、一
端がこのソース側出力トランジスタとの下流側に接続さ
れ、他端がアース側に接続されたシンク側出力トランジ
スタと、を複数対有し、ソース側トランジスタと、シン
ク側トランジスタの接続点にモータコイルが接続されて
いることを特徴とする。

【００１８】

【作用】このように、本発明では包絡線電圧検出手段に
よってモータ出力電圧の変化におけるモータ出力電圧の
電圧変化の上側包絡線電圧または下側包絡線電圧のいず
れか一方を検出する。そして、この検出値に応じてモー
タ出力電圧を生成するための電圧である駆動電源電圧を
変更する。例えば、モータ出力電圧の下側包絡線電圧を
検出し、この下側包絡線電圧がアースより所定値だけ高
い値となるように駆動電源電圧を設定する。これによっ
て、モータ出力電圧の波形を保ちつつ、最低の駆動電源
電圧を得ることができる。一方、上述のように、モータ
出力電圧の下側包絡線電圧だけを検出した場合、上側包
絡線電圧が駆動電源電圧にまで上昇し、モータ出力電圧
の波形が正しいものに保持できない可能性もある。本発
明では、モータ出力電圧の中点を検出し、これを駆動電
源電圧の中点に一致させる。そこで、上述のようにモー
タ出力電圧の下側包絡線電圧のみを検出して、駆動電源
電圧を制御しても、上側包絡線電圧を駆動電源電圧より
所定以上低いものに維持することができ、出力トランジ
スタの飽和を防止することができる。このようにして、
簡単な構成で好適な駆動電源電圧の制御が行える。

【００１９】そして、本発明では、モータ出力電圧が、
ＩＣの電源電圧、すなわち駆動電源電圧の最大値に近付
いた場合には、トルク指令値を小さな値にする。したが
って、モータの高回転時において、モータ出力電圧が非
常に大きくなった場合においても、モータ出力電圧が所
定値以上にならないようにでき、確実な出力トランジス
タの飽和防止が行える。

【００２０】特に、モータ出力電圧出力手段をトランジ
スタで構成すれば、３相ブラシレスモータの高速で正確
な回転を達成できる。そして、駆動電源電圧が上述のよ
うに制御されるため、モータ出力電圧出力手段のトラン
ジスタが飽和するのを防止でき、トランジスタの飽和に
基づくスルー電流を発生を防止できる。また、駆動電源
電圧をモータ出力電圧に合わせて最適な大きさにするこ
とができるため、トランジスタにおける電力損失を適正
なものにでき、トランジスタの発熱を防止できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。

【００２２】［全体構成］図１は、実施例の全体構成を
示すブロック図である。この駆動回路は、ＩＣ１０で構
成され、このＩＣ１０がモータの各相コイルＬ１〜Ｌ３
に所定のサインカーブの電流を供給する。

【００２３】出力部１２は、３個の出力端子ＯＵＴ１〜
ＯＵＴ３に対応した３対の出力トランジスタＱ１〜Ｑ６
から構成されている。出力トランジスタＱ１〜Ｑ６のう
ち、図中上側に示されるトランジスタは、ソース側出力
トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５であり、下側のトランジ
スタはシンク側出力トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６であ
る。そして、それぞれ直列接続された出力トランジスタ
Ｑ１とＱ２、Ｑ３とＱ４、Ｑ５とＱ６の接続点が、各出
力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ３が接続されている。

【００２４】出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ３には、駆動対
象であるモータの各相コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３が接続さ
れている。従って、出力部１２の出力トランジスタＱ１
〜Ｑ６の通電量を制御することによって、コイルＬ１〜
Ｌ３に所望の電流を流すことができる。

【００２５】一方、この駆動回路では、モータの回転量
を所望のものにするため、モータの回転を検出し、フィ
ードバック制御を行っている。このため、モータのステ
ータには、モータの回転子の角度位置を検出するための
所定数（例えば３個）のホール素子２０が、互いに所定
角度隔てて配置されている。なお、図においては、ホー
ル素子２０の位置を各相コイルＬ１〜Ｌ３から離して描
いたが実際にはコイルＬ１〜Ｌ３の近傍に配置されてい
る。このホール素子２０は、それぞれ対応するホール入
力端子ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３に接続されている。従っ
て、モータの回転子位置についての信号がＩＣ１０に入
力される。

【００２６】ホールアンプ部１８は、ホール素子２０に
ホール入力端子ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３を介して接続さ
れ、ホール素子２０からの出力をそれぞれ増幅し、位置
検出を行い、所定の位置検出信号を発生する。

【００２７】ホールアンプ部１８に接続された上下三差
動分配部１６は、ホールアンプ部１８からの位置検出信
号を、各相ごとに分配し、かつ出力部１２のソース側出
力トランジスタＱ１，３，５に対応する所定の相切替え
信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 と、シンク側出力トランジスタＱ
２，４，６に対応する所定の相切替え信号Ｉ1 ´，Ｉ2
´，Ｉ3 ´とに分配する。

【００２８】なお、速度制御部２２は、所定周波数のク
ロック信号ＣＬＫとモータの現在の回転数を示すＦＧ信
号との誤差出力を発生させ、これを平滑した後、モータ
の駆動力を制御するいわゆるトルク指令信号を発生し
て、これを上下三差動分配部１６へ供給している。そし
て、このトルク指令信号は、上下三差動分配部１６にお
いて、各相のソース側及びシンク側出力トランジスタＱ
１〜Ｑ６に対応する相切替え信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ
1 ´，Ｉ2 ´，Ｉ3 ´に合成される。すなわち、上下三
差動分配部１６はトルク指令信号に応じた大きさの相切
替え信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ1 ´，Ｉ2 ´，Ｉ3 ´を
出力する。プリドライブ部３４は、上下三差動分配部１
６および中点制御回路５０に接続されており、出力部１
２の出力トランジスタＱ１〜Ｑ６のベース電流を発生
し、出力トランジスタＱ１〜Ｑ６の電流を制御する。

【００２９】このようにして、モータの各相コイルＬ１
〜Ｌ３への通電が制御され、モータの回転数が所望のも
のに制御される。

【００３０】そして、本実施例では、出力トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ６の駆動電源電圧ＶM を生成するために、第１
飽和防止回路４０、ＰＷＭコンパレータ４２、三角波発
生回路４４、外付けのＶM 発生回路４６を有しており、
また飽和防止を完全なものにするために中点制御回路５
０を有している。

【００３１】この第１飽和防止回路４０は、出力部１２
から出力されるモータ出力電圧の下側包絡線電圧を検出
し、これを所定の基準電圧ＶREF1と比較する。そして、
この検出結果にしたがって、下側包絡線電圧が低いほど
低電圧となる信号をＰＷＭコンパレータ４２に供給す
る。なお、この電圧は、シンク側の出力トランジスタＱ
２，Ｑ４，Ｑ６のコレクタ電圧がどのくらいエミッタ電
圧に近いかを示す電圧であり、飽和度が深いほど低電圧
になる。ＰＷＭコンパレータ４２は、三角波発生回路４
４から供給される所定の三角波と第１飽和防止回路４０
から供給されるモータ出力電圧の下側包絡線電圧に応じ
た信号を比較し、比較結果に応じたデューティー比のパ
ルス信号（ＰＷＭ信号）を出力する。すなわち、下側包
絡線電圧が低い場合には、デューティー比が小さくなる
ＰＷＭ信号を出力する。従って、ＶM 発生回路４６で、
このＰＷＭ信号を反転して積分することにより、下側包
絡線電圧が低い場合に駆動電源電圧ＶM を高くすること
ができ、飽和を防止することができる。

【００３２】ここで、上下三差動分配部１６のシンク側
出力Ｉ1 ´，Ｉ2 ´，Ｉ3 ´は直接プリドライブ部３４
に供給され、これによって下側出力トランジスタＱ２，
Ｑ４，Ｑ６が制御されるが、ソース側出力Ｉ1 ，Ｉ2 ，
Ｉ3 は、中点制御回路５０を介し、プリドライブ部３４
に供給される。この中点制御回路５０は、モータへの電
流出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ３の電圧を合計して得た電
圧を分圧して得たモータ出力電圧の中点電圧と、駆動電
源電圧ＶM を分圧して得た中点電圧とを比較し、両者が
一致するように上側出力トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５
のベース電流を制御する。これによって、モータ出力電
圧の中点電圧が、常にＶM を分圧して得た中点電圧に一
致することになる。

【００３３】このように、本実施例によれば、モータ出
力電圧の下側包絡線電圧を検出し、これが所定の基準電
圧ＶREF1と比較して出力トランジスタが飽和しない最適
なコレクタエミッタ間電圧を得ると共に、モータ出力電
圧の中点を出力トランジスタＱ１〜Ｑ６の駆動電源電圧
ＶM の中点に調整する。そこで、モータ出力電圧の上側
包絡線電圧および下側包絡線電圧の両方の飽和防止を達
成することができる。また、下側包絡線電圧のみから駆
動電源電圧ＶM を発生するため、回路構成を簡単なもの
にできる。なお、第１飽和防止回路４０において、上側
包絡線電圧を検出しても良く、この場合にはその上側包
絡線電圧が駆動電源電圧ＶM に比べどの位近いかで飽和
度を検出すればよい。

【００３４】さらに、本実施例においては、第２飽和防
止回路５２を有している。この第２飽和防止回路５２は
第１飽和防止回路４０と同一の構成を有しており、３相
のモータ出力電圧の下側包絡線電圧を検出しこれを所定
の基準電圧ＶREF2と比較する。ここで、第２飽和防止回
路５２における基準電圧ＶREF2は、第１飽和防止回路４
０における基準電圧ＶREF1より低い電圧である。したが
って、この第２飽和防止回路５２により、モータ出力電
圧の下側包絡線電圧がアースに近付いたことを検出でき
る。このようにモータ出力電圧の下側包絡線電圧がアー
スに近付いたということは、上側包絡線電圧はＩＣ１０
の中で最高の電圧である電源電圧ＶCCに近付いたことを
意味している。本実施例の回路では、駆動電源電圧ＶM
は電源電圧ＶCC以上になることはできず、第１飽和防止
回路４０による制御をしているにもかかわらず出力トラ
ンジスタが飽和することになる。

【００３５】ところが、本実施例では、第２飽和防止回
路により、このようなモータ出力電圧を検出した場合に
は、第２飽和防止回路５２がこれを検出し、速度制御部
２２を制御して、トルク指令信号を小さくする。これに
よって、上下三差動分配部１６からの出力である相切替
え信号Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 ，Ｉ1 ´，Ｉ2 ´，Ｉ3 ´が小
さくなり、出力トランジスタの飽和を防止できる。モー
タ出力電圧はモータ回転数とトルク力に応じて大きくな
り、高回転高トルク時には、モータ出力電圧が非常に大
きくなり、上述のような状態が発生する。本実施例によ
れば、このような場合にも第２飽和防止回路５２におい
て、これを検出し、トルク指令信号を制御するので、出
力トランジスタの飽和を防止することができる。

【００３６】［飽和防止回路の構成］第１および第２飽
和防止回路４０、５２は基準電圧ＶREF （ＶREF1，ＶRE
F2）がことなるだけで構成は全く同一であるため、両者
を図２に基づいて説明する。３つのＰＮＰトランジスタ
Ｑ１０２、Ｑ１０４、Ｑ１０６のベースには、モータの
コイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３が接続されたモータ出力電圧の
出力端子ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３がそれぞれ接続
されている。そして、このトランジスタＱ１０２、Ｑ１
０４、Ｑ１０６のエミッタは共通の抵抗Ｒ１０２を介し
電源に接続され、コレクタはアースに接続されている。
トランジスタＱ１０２、Ｑ１０４、Ｑ１０６は、端子Ｏ
ＵＴ１〜ＯＵＴ３のうち最も低い電圧によってオンし、
該当するトランジスタＱ１０２、Ｑ１０４、Ｑ１０６に
電流を流す。従って、抵抗Ｒ１０２の下側に端子ＯＵＴ
１〜ＯＵＴ３の最低電圧に応じた電圧、すなわち３相の
モータ出力電圧の下側の包絡線に対応する電圧が発生す
る。

【００３７】トランジスタＱ１０２、Ｑ１０４、Ｑ１０
６の共通エミッタは、ＰＮＰトランジスタＱ１０８のベ
ースに接続されている。このトランジスタＱ１０８のエ
ミッタは、ＰＮＰトランジスタ１１０のエミッタに接続
され、両者の共通エミッタは、定電流源ＣＳ１０２を介
し電源に接続されている。そして、トランジスタＱ１０
８のコレクタは、ＮＰＮトランジスタＱ１１２のコレク
タ・ベースを介しアースに接続されている。また、トラ
ンジスタＱ１１２は、エミッタがアースに接続されると
共に、そのコレクタとベースが短絡されており、このベ
ースにはエミッタがアースに接続されたＮＰＮトランジ
スタＱ１１４のベースが接続されている。従って、トラ
ンジスタＱ１１２とトランジスタＱ１１４はカレントミ
ラーを構成する。そして、このトランジスタＱ１１４に
流れる電流が本飽和防止回路４０の出力になっている。

【００３８】一方、トランジスタＱ１１０はトランジス
タＱ１０８と同一の定電流源からの電流供給を受けるも
のであり、これら差動回路として動作する。そして、こ
のトランジスタＱ１１０のベースは、ＰＮＰトランジス
タＱ１１６を介しアースに接続されると共に、抵抗Ｒ１
０４を介し、電源に接続されている。また、トランジス
タＱ１１６のベースには本回路における飽和検知電圧を
決定する基準電圧ＶREF （ＶREF1またはＶREF2）が接続
されている。

【００３９】このような回路において、基準電圧ＶREF
を一定電圧とすれば、トランジスタＱ１１６のエミッタ
電位、すなわち、Ｑ１１０のベース電圧は一定の電圧に
なる。ここで、この基準電圧ＶREF （ＶREF1またはＶRE
F2）はモータに流れる電流に応じて変更すると良い。す
なわち、出力トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタ
とアースとの間に低抵抗値の電流検出抵抗を配置し、こ
の電流検出抵抗の両端電圧によってモータ電流を検出す
る。そして、モータ電流が大きい時にはＶREF（ＶREF1
またはＶREF2）が大きくなるように制御することによっ
て、より好適な飽和検出を行うことができる。

【００４０】一方、トランジスタＱ１０８のベースに
は、上述のようにモータ出力電圧の下側包絡線の電圧が
供給されているため、Ｑ１０８に流れる電流は、下側包
絡線電圧と基準電圧ＶREF との差に応じたものになる。
従って、トランジスタＱ１１４に飽和度に応じた電流値
を得ることができる。すなわち、下側包絡線電圧が低く
飽和度が高いときに、トランジスタＱ１１４の電流、す
なわち飽和検出回路の出力の電流量が大きくなる。

【００４１】ここで、第１飽和防止回路４０の基準電圧
ＶREF1は第２飽和防止回路５２の基準電圧ＶREF2より高
い。従って、第１飽和防止回路４０の方が先に動作を開
始し、その後第２飽和防止回路５２が動作し始める。こ
れによって、第１飽和防止回路４０による制御によって
駆動電源電圧ＶM を上昇させるが、この駆動電源電圧Ｖ
M を上昇できなくなった状態を第２飽和防止回路５２に
よって検出できる。

【００４２】そして、第２飽和防止回路５２の出力によ
って、トルク指令信号の大きさを制御することによっ
て、モータ出力電圧を制御して、出力トランジスタの飽
和を防止する。

【００４３】［ＰＷＭコンパレータの構成］図３にＰＷ
Ｍコンパレータ４２の構成を示す。この例では、上記第
１飽和防止回路４２におけるトランジスタＱ１１４が定
電流源ＣＳ２０２で示してある。従って、この定電流源
ＣＳ２０２には、飽和度が高いほど大きい電流が流れ
る。

【００４４】定電流源ＣＳ２０２は、アースに向けて飽
和度に応じた電流を流すものであり、この定電流源ＣＳ
２０２には、電源からアースに向けて直列接続された抵
抗Ｒ２０２，２０４，２０６の中の最も下流側の（他端
がアースに接続されている）抵抗Ｒ２０２と並列接続さ
れている。従って、定電流源ＣＳ２０２の電流量に応じ
て、抵抗Ｒ２０６に流れる電流量が変化し、抵抗Ｒ２０
６の上流側の電位が変動する。抵抗Ｒ２０４と抵抗Ｒ２
０２の接続点はＮＰＮトランジスタＱ２０２のベースに
接続されている。定電流源ＣＳ２０２は、飽和度が大き
いと電流量が大きくなるため、トランジスタＱ２０２の
ベースには、飽和度が高いほど低い電圧が供給されるこ
とになる。

【００４５】トランジスタＱ２０２のエミッタには、Ｎ
ＰＮトランジスタＱ２０４のエミッタが接続されてお
り、この共通エミッタは定電流源ＣＳ２０４を介しアー
スに接続されている。また、トランジスタ２０２のコレ
クタはコレクタベース間が短絡されたＰＮＰトランジス
タＱ２０６を介し電源に接続され、トランジスタ２０４
のコレクタはコレクタベース間が短絡されたＰＮＰトラ
ンジスタＱ２０８を介し電源に接続されている。従っ
て、トランジスタＱ２０２とトランジスタＱ２０４は差
動回路として動作し、その出力がトランジスタＱ２０６
およびトランジスタＱ２０８の電流として現れる。そし
て、トランジスタＱ２０４のベースには所定の振幅の三
角波が供給されているので、トランジスタＱ２０２とト
ランジスタ２０４は、三角波と飽和度に応じた電圧を比
較し、その結果をトランジスタＱ２０６，２０８の電流
として出力する。なお、三角波発生回路４４では、コン
デンサへの充放電を所定の周波数で繰り返すことによっ
て三角波が形成される。

【００４６】ここで、図３におけるトランジスタＱ２０
２に印加される電圧は、定電流源ＣＳ２０２が最小（非
飽和状態）となったとき、トランジスタＱ２０４のベー
スに印加される三角波の最高電位（最高電位よりやや低
めに設定しても良い）になり、また図２の第１飽和防止
回路のトランジスタＱ１１０とＱ１０８の各ベース電位
が同電位になり、定電流源ＣＳ２０２の電流値が飽和状
態を示す値になったとき、トランジスタＱ２０４のベー
スに印加される三角波の最低電位（最低電位よりやや高
めに設定しても良い）になるように、抵抗Ｒ２０２、Ｒ
２０４、Ｒ２０６の値を設定する。このようにすること
によって、飽和度の信号による電圧を三角波の電圧と同
等のものにでき、デューティー比の設定を正確に行うこ
とができる。

【００４７】トランジスタＱ２０８のベースにはエミッ
タが電源に接続されたＰＮＰトランジスタＱ２１０が接
続されており、このトランジスタＱ２１０はトランジス
タＱ２０８とでカレントミラーを構成する。トランジス
タＱ２１０のコレクタは、コレクタベースが短絡された
ＮＰＮトランジスタＱ２１２を介しアースに接続されて
おり、このトランジスタＱ２１２のベースにはエミッタ
がアースに接続されたＮＰＮトランジスタＱ２１４のベ
ースが接続されている。従って、トランジスタＱ２１
２，２１４もカレントミラーを構成する。そこで、トラ
ンジスタＱ２０４に流れる電流と同一の電流がトランジ
スタＱ２０８，Ｑ２１０，Ｑ２１２およびトランジスタ
Ｑ２１４に流れる。

【００４８】一方、トランジスタＱ２１４のコレクタは
ＰＮＰトランジスタＱ２１６のコレクタが接続され、こ
のトランジスタＱ２１６のベースはトランジスタＱ２０
６が接続されている。ここで、トランジスタＱ２１６
は、トランジスタＱ２０６とでカレントミラーを構成し
ている。従って、トランジスタＱ２０２に流れる電流と
同一の電流がＱ２０６およびＱ２１６に流れる。

【００４９】そして、トランジスタＱ２１６とトランジ
スタＱ２１４の接続点は、ＮＰＮトランジスタＱ２１８
のベースに接続され、このトランジスタＱ２１８のエミ
ッタはアースは接続され、コレクタは抵抗Ｒ２０８を介
し電源に接続されている。従って、トランジスタＱ２０
２の電流量がトランジスタＱ２０４の電流量より大きい
場合には、トランジスタＱ２１６の電流量の方がトラン
ジスタＱ２１４の電流量より大きくなり、トランジスタ
Ｑ２１８がオンする。一方、トランジスタＱ２０４の電
流量がトランジスタＱ２０２の電流量より大きい場合に
は、トランジスタＱ２１４の電流量の方がトランジスタ
Ｑ２１６の電流量より大きくなり、トランジスタＱ２１
８がオフする。そして、トランジスタＱ２１８がオンの
場合には、このコレクタが低電位、トランジスタＱ２１
８がオフの場合にはこのコレクタ電位が高電位になる。

【００５０】トランジスタＱ２１８のコレクタは、ＰＷ
Ｍ信号を出力するＮＰＮトランジスタＱ２２０のベース
に接続されている。そこで、トランジスタＱ２２０はト
ランジスタＱ２１８がオンのときにオフ、トランジスタ
Ｑ２１８がオフの時にオンになる。

【００５１】例えば、トランジスタＱ２０２のベース電
位（ＶH ）が一定であるとすると、トランジスタＱ２０
４のベース電位（三角波の電圧）がＶH 以上になるとト
ランジスタＱ２０４電流量が大きくなり、これによって
トランジスタＱ２１８がオフし、トランジスタＱ２２０
がオンし、トランジスタＱ２２０のコレクタがアース電
位に落ちる。一方、トランジスタＱ２０４のベース電位
（三角波の電圧）がＶH 以下になるとトランジスタＱ２
０２電流量が大きくなり、これによってトランジスタＱ
２１８がオンし、トランジスタＱ２２０がオフし、トラ
ンジスタＱ２２０のコレクタがオープンになる。これに
よって、トランジスタＱ２２０において矩形波が得られ
る。そして、定電流源ＣＳ２０２の電流量によって、ト
ランジスタＱ２０２のベース電位を変更すると、三角波
の電圧と比較する電圧が変化する。従って、トランジス
タＱ２２０において得られる矩形波の低レベルと高レベ
ルの割合、すなわちパルス信号のデューティー比が変更
される。

【００５２】例えば、図４に示すように、トランジスタ
Ｑ２０２のＶH1にセットした場合には、トランジスタＱ
２１８のコレクタに（ａ）のようなパルスが得られ、ト
ランジスタＱ２０２のＶH2にセットした場合には、トラ
ンジスタＱ２１８のコレクタに（ｂ）のようなパルスが
得られる。本実施例の場合、飽和度が大きくなると、定
電流源ＣＳ２０２の電流量が増え、トランジスタＱ２０
２のベース電位が下がり、トランジスタＱ２２０から出
力されるパルス信号（ＰＷＭ信号）のデューティー比が
低くなる。反対に、飽和度が小さくなると、定電流源Ｃ
Ｓ２０２の電流量が減少し、トランジスタＱ２０２のベ
ース電位が上がり、トランジスタＱ２２０から出力され
るパルス信号（ＰＷＭ信号）のデューティー比が高くな
る。

【００５３】［ＶM 発生回路の構成］ＶM 発生回路４６
の構成について、図５に基づいて説明する。この回路
は、ＰＷＭコンパレータ４２が出力されるＰＷＭ信号を
反転して積分し、所定の駆動電源電圧ＶM を発生する。
この回路は、大容量のコンデンサ、コイル等を含むため
ＩＣ１０の内部回路ではなく、ＩＣ１０の外付けの回路
として構成されている。

【００５４】上述のＰＷＭコンパレータ４２の出力トラ
ンジスタＱ２２０のコレクタは抵抗Ｒ３０２を介し、Ｐ
ＮＰトランジスタＱ３０２のベースに接続されている。
このトランジスタＱ３０２のエミッタは、抵抗Ｒ３０４
を介し電源に接続され、コレクタは抵抗Ｒ３０６を介し
アースに接続されている。従って、トランジスタＱ２２
０がオンすることによってトランジスタＱ３０２がオン
し、トランジスタＱ２２０がオフすることによってトラ
ンジスタＱ３０２がオフする。

【００５５】トランジスタＱ３０２のエミッタには、エ
ミッタが電源に接続されたＰＮＰトランジスタＱ３０４
のベースが接続されている。トランジスタＱ３０２のエ
ミッタ側電位は、トランジスタＱ３０２がオフの時に非
バイアスレベル、オンの時にバイアスレベルになる。こ
のため、このトランジスタＱ３０４は、トランジスタＱ
３０２がオンの時にオン、オフのときのオフになる。従
って、トランジスタＱ３０４がオンすることによって、
このトランジスタＱ３０４から電流が出力され、トラン
ジスタＱ３０４がオフすることによって電流の出力が停
止される。

【００５６】そして、トランジスタＱ３０４のコレクタ
はコイルＬ３０２を介しＶM 出力端に接続され、またこ
のＶM 出力端は、コンデンサＣ３０２を介しアースに接
続されている。そこで、このコイルＬ３０２およびコン
デンサＣ３０２により交流成分が積分処理され、ＰＷＭ
コンパレータの出力であるパルス信号のデューティー比
に応じた駆動電源電圧ＶM が得られる。なお、トランジ
スタＱ３０４のエミッタはアース側から電流を流すダイ
オードＤ３０４が接続されている。従って、トランジス
タＱ３０４のエミッタ側電位をアース電位−ＶF （この
ＶF はトランジスタＶBEに対応し、ダイオードにおける
電圧降下である）から電源電位の間に収められる。これ
によって、スイッチング時に生じるコイルのキックバッ
クによる負電圧によってトランジスタＱ３０４が破壊す
るのを防止できる。

【００５７】このように、本実施例のＶM 発生回路によ
れば、ＰＷＭコンパレータ４２からの出力におけるＰＷ
Ｍ信号のデューティー比が大きい程駆動電源電圧ＶM が
下がる。従って、モータ出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ３に
おける電圧の下側包絡線電圧が低く（すなわち、下側出
力トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６のコレクタ・エミッタ
間電圧が低く）飽和度が深い場合に、デューティー比の
小さなＰＷＭ信号が得られ、駆動電源電圧ＶM が上昇し
て、飽和が未然に防止される。一方、モータ出力端子Ｏ
ＵＴ１〜ＯＵＴ３における電圧の下側包絡線電圧が高く
（シンク側出力トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６のコレク
タ・エミッタ間電圧が高く）、飽和度が浅い場合に、デ
ューティー比の大きなＰＷＭ信号が得られ、駆動電源電
圧ＶM が低下して、出力トランジスタＱ１〜Ｑ６のコレ
クタエミッタ間電圧を飽和しない必要最小限に抑えるこ
とができるため、電力損失を減少することができる。

【００５８】［中点制御回路の構成］図６に中点制御回
路５０の構成を示す。この回路は、出力端子における中
点電位を出力トランジスタＱ１〜Ｑ６の駆動電源電圧Ｖ
M の中点に制御する。

【００５９】１つの相のソース側出力トランジスタＱ１
と、シンク側出力トランジスタＱ２は、駆動電源電圧Ｖ
M とアースとの間に直列接続されている。シンク側出力
トランジスタＱ２のベースには、この出力トランジスタ
のベース電流を制御するカレントミラーＣＭ５０２が設
けられている。一方、ソース側トランジスタＱ１のベー
スには、エミッタが電源ＶCCに接続されたＰＮＰトラン
ジスタＱ５０２のコレクタが接続されている。

【００６０】このトランジスタＱ５０２のベースには、
エミッタがＶCCに接続されたＰＮＰトランジスタＱ５０
４のベースに接続されている。このトランジスタＱ５０
４のコレクタベース間は短絡されている。また、トラン
ジスタＱ５０４のコレクタはＮＰＮトランジスタＱ５０
６を介し定電流源ＣＳ５０２に接続されている。一方、
定電流源ＣＳ５０２には他端が電源ＶCCに接続されたＮ
ＰＮトランジスタＱ５０８が接続されており、トランジ
スタＱ５０６とトランジスタＱ５０８はエミッタが共通
接続された差動回路を構成する。

【００６１】そして、トランジスタＱ５０６のベースに
は、駆動電源電圧ＶM を抵抗Ｒ５０２およびＲ５０４で
分圧した電圧が印加されている。従って、トランジスタ
Ｑ５０６のベース電圧は、駆動電源電圧ＶM によって一
義的に決定される電圧であり、これを中点制御基準電圧
にセットする。

【００６２】一方、トランジスタＱ５０８のベースには
出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵＴ３がそれぞれ抵抗Ｒ５０６、
Ｒ５０８、Ｒ５１０を介し接続されている。また、トラ
ンジスタＱ５０８のベースは抵抗Ｒ５１２を介し、アー
スに接続されている。従って、出力端子ＯＵＴ１〜ＯＵ
Ｔ３からの電流が抵抗Ｒ５０６、Ｒ５０８、Ｒ５１０と
抵抗Ｒ５１２を介しアースに流れ、トランジスタＱ５０
８のベースは、出力端子ＯＵＴ１〜３の合成された電圧
を抵抗Ｒ５０６（またはＲ５０８、Ｒ５１０）と抵抗Ｒ
５１２で分圧されたものになる。そして、この抵抗Ｒ５
０６（およびＲ５０８およびＲ５１０）をＲ５０２と同
一の抵抗値とし、抵抗Ｒ５１２を抵抗Ｒ５０４と実質的
に同一の抵抗値とすることによって、トランジスタＱ５
０８（および他相の対応するトランジスタ）のベース電
圧は、モータ出力電圧の変動側の中点比較電位になる。

【００６３】そして、トランジスタＱ５０６とトランジ
スタＱ５０８のベース電位に差が生じた場合には、これ
がトランジスタＱ５０４，Ｑ５０２を介し、トランジス
タＱ１にフィードバックされ、トランジスタＱ５０８の
ベース電位がトランジスタＱ５０６のベースの中点制御
基準電圧と同一電位となるように作用する。このとき、
モータ出力電圧の変動の中点電圧は、駆動電源電圧ＶM
の中点電位ＶM ／２のとなるように制御される。

【００６４】ここで、このような中点制御の動作は、中
点制御回路における定電流源ＣＳ５０２に電流が流れて
いるときのみ有効である。一方、この図６においては、
１相分の回路を示したが、他の２相の出力トランジスタ
Ｑ２，Ｑ３の駆動回路においても同様の差動回路が設け
られており、同様の中点制御が行われる。従って、モー
タの駆動の際にいずれかの中点制御回路が動作して中点
制御が行われる。

【００６５】このように、本実施例の中点制御回路によ
って、モータ出力電圧の電圧変動の中点が出力トランジ
スタＱ１〜Ｑ６の駆動電源電圧ＶM の中点電位に制御さ
れる。従って、上述の第１飽和防止回路のモータ出力電
圧の下側包絡線電圧の制御をこの中点制御を合わせるこ
とによって、一方側の飽和防止だけでなく、シンクソー
ストランジスタ両側の飽和防止を達成することができ、
簡単な回路によって確実な飽和防止および出力トランジ
スタの駆動電源電圧ＶM の制御を達成することができ
る。

【００６６】［トルク指令制御の構成］図７にトルク指
令制御のための構成を示す。図１の速度制御部２２は、
回転の状態に応じて、トルク指令信号を発生し、これを
定電流源ＣＳ６０１の電流（以下、トルク指令電流とい
う）として出力する。この定電流源ＣＳ６０１の下側に
は、エミッタがアースに接続されたＮＰＮトランジスタ
Ｑ６０１のコレクタが接続されていると共に、第２飽和
防止回路５２の出力トランジスタであるＱ１１４のコレ
クタが接続されている。従って、第２飽和防止回路５２
の出力が０であれば、トランジスタＱ６０１は、トルク
指令電流をそのまま出力する。一方、第２飽和防止回路
５２が飽和を検出した場合には、この飽和度に応じた電
流がトランジスタＱ１１４に流れるため、このトランジ
スタＱ１１４に流れる電流分だけトランジスタＱ６０１
に流れる電流が減少する。これによって、上下三差動分
配部に供給するトルク指令信号を小さなものにできる。

【００６７】上下三差動分配部は、三相のロジック出力
に応じてＮＰＮトランジスタＱ６０２〜Ｑ６０４および
ＰＮＰトランジスタＱ６０５〜Ｑ６０７を駆動して、上
下出力トランジスタに対応する相切替え信号Ｉ1 ，Ｉ2
，Ｉ3 ，Ｉ1 ´，Ｉ2 ´，Ｉ3 ´を生成する。ここ
で、これら相切替え信号を発生するトランジスタＱ６０
２〜Ｑ６０７の上側はＰＮＰトランジスタＱ６０８，Ｑ
６０９を介し、電源電圧ＶCCに接続されている。従っ
て、これらトランジスタＱ６０８，Ｑ６０９に流れる電
流によって、相切替え信号の大きさが制御される。

【００６８】そして、トランジスタＱ６０８，Ｑ６０９
のベースは、コレクタベースが短絡されたトランジスタ
Ｑ６１０に接続されており、これらはカレントミラーを
構成している。従って、トランジスタＱ６０８，Ｑ６０
９はトランジスタＱ６１０と同一の電流を流す。また、
このトランジスタＱ６１０の下流側には、ＮＰＮトラン
ジスタＱ６１１のコレクタが接続されており、このトラ
ンジスタＱ６１１は、コレクタベースが短絡されたトラ
ンジスタＱ６０１に接続されている。従って、トランジ
スタＱ６１１，Ｑ６０１はカレントミラーを構成し、ト
ランジスタＱ６１１はトランジスタＱ６０１と同一の電
流を流す。

【００６９】ここで、このトランジスタＱ６０１は上述
のように、第２飽和防止回路５２の出力に応じたトルク
指令電流を流すものであり、これによって相切替え信号
が第２飽和防止回路５２の出力に応じて変化するトルク
指令に応じたものになる。

【００７０】これによって、モータの高回転時にモータ
出力電圧が電源電圧ＶCCに近付いた場合に、トルク指令
を抑制し、出力トランジスタの飽和を防止することがで
きる。

【００７１】なお、トランジスタＱ６０２の出力である
Ｉ１が図６における定電流源ＣＳ５０２の電流を決定し
ており、トランジスタＱ６０５の出力である電流Ｉ１´
が図６におけるカレントミラーＣＭ５０２の電流量を決
定している。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るモー
タ駆動回路によれば、包絡線電圧検出手段によってモー
タ出力電圧の変化におけるモータ出力電圧の電圧変化の
上側包絡線電圧または下側包絡線電圧のいずれか一方を
検出する。そして、この検出値に応じてモータ出力電圧
を生成するための電圧である駆動電源電圧を変更する。
例えば、モータ出力電圧の下側包絡線電圧を検出し、こ
の下側包絡線電圧がアースより所定値だけ高い値となる
ように駆動電源電圧を設定する。これによって、モータ
出力電圧の波形を保ちつつ、最低の駆動電源電圧を得る
ことができる。一方、上述のように、モータ出力電圧の
下側包絡線電圧だけを検出した場合、上側包絡線電圧が
駆動電源電圧にまで上昇し、モータ出力電圧の波形が正
しいものに保持できない可能性もある。本発明では、モ
ータ出力電圧の中点を検出し、これを駆動電源電圧の中
点に一致させる。そこで、上述のようにモータ出力電圧
の下側包絡線電圧のみを検出して、駆動電源電圧を制御
しても、上側包絡線電圧を駆動電源電圧より所定以上低
いものに維持することができ、出力トランジスタの飽和
を防止することができる。このようにして、簡単な構成
で好適な駆動電源電圧の制御が行える。

【００７３】そして、本発明では、モータ出力電圧が、
ＩＣの電源電圧、すなわち駆動電源電圧の最大値に近付
いた場合には、トルク指令値を小さな値にする。したが
って、モータの高回転時において、モータ出力電圧が非
常に大きくなった場合においても、モータ出力電圧が所
定値以上にならないようにでき、確実な出力トランジス
タの飽和防止が行える。

【００７４】特に、モータ出力電圧出力手段をトランジ
スタで構成すれば、３相ブラシレスモータの高速で正確
な回転を達成できる。そして、駆動電源電圧が上述のよ
うに制御されるため、モータ出力電圧出力手段のトラン
ジスタが飽和するのを防止でき、トランジスタの飽和に
基づくスルー電流の発生を防止できる。また、駆動電源
電圧をモータ出力電圧に合わせて最適な大きさにするこ
とができるため、トランジスタにおける電力損失を適正
なものにでき、トランジスタの発熱を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成を示すブロック図である。

【図２】飽和防止回路の構成を示す回路図である。

【図３】ＰＷＭコンパレータの構成を示す回路図であ
る。

【図４】ＰＷＭ信号の波形を示す説明図である。

【図５】ＶM 発生回路の構成を示す回路図である。

【図６】中点検出回路の構成を示す回路図である。

【図７】トルク指令制御のための構成を示す回路図であ
る。

【図８】従来のモータ出力電圧波形の例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】 １２ 出力部 ４０ 第１飽和防止回路 ４２ ＰＷＭコンパレータ ４４ 三角波発生回路 ４６ ＶM 発生回路 ５２ 第２飽和防止回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪内 俊樹 大阪府門真市大字真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 清間 利明 大阪府門真市大字真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−165571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−2585（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−122978（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−150790（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−165976（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23090（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−49287（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルク指令値に応じた複数相のモータ出
   力電圧を駆動電源電圧から生成して出力する出力手段
   と、 モータ出力電圧の上側包絡線電圧または下側包絡線電圧
   のいずれか一方を検出する包絡線電圧検出手段と、 この包絡線電圧検出手段の検出結果にしたがって、上記
   駆動電源電圧を制御する駆動電源電圧制御手段と、 モータ出力電圧の変化における中点を駆動電源電圧の中
   点に合致させるよう制御する中点制御手段と、 上記包絡線電圧検出手段の検出結果により、モータ出力
   電圧が上記駆動電源電圧の変更可能な最大範囲に近付い
   たことを検出した場合に、上記トルク指令値を小さくす
   るトルク指令値制御手段と、 を有することを特徴とするモータ駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回路において、 上記出力手段は、 一端が駆動電源電圧に接続されたソース側出力トランジ
   スタと、 一端がこのソース側出力トランジスタの下流側に接続さ
   れ、他端がアース側に接続されたシンク側出力トランジ
   スタと、 を複数対有し、 ソース側トランジスタと、シンク側トランジスタの接続
   点にモータコイルが接続されていることを特徴とするモ
   ータ駆動回路。