JP6268052B2 - 半導体集積回路、および、モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体集積回路、および、モータ駆動装置に関する。

従来のモータ駆動装置には、ホール素子のセンサ信号から正弦波信号を生成し、ＰＷＭ化してブリッジに供給するとともに、電流の正負判定結果により正弦波信号の位相を調整するものがある。

特開平０９−２１５３７５ 特開平０７−３３７０７２ 特開平１０−２８５９８２ 特開２００４−１７３３６０ 特許第３６６３２３４号

効率を向上することが可能なモータ駆動装置を提供する。

本発明の一態様に係るモータ駆動装置は、ブラシレスモータと、を備える。モータ駆動装置は、前記ブラシレスモータのコイルの誘起電圧の位相と同期した位置検出信号を出力する位置センサを備える。モータ駆動装置は、前記位置検出信号および前記ブラシレスモータの駆動を規定する指令信号に基づいて、前記ブラシレスモータの前記コイルに疑似正弦波の駆動電圧を通電端子から供給して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する制御回路を備える。

前記制御回路は、前記ブラシレスモータの通電を制御するための通電信号を出力する通電信号手段を備える。制御回路は、一端が直流電源に接続され、他端が前記通電端子に接続された正側トランジスタと、カソードが前記正側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記正側トランジスタの他端に接続された正側ダイオードと、一端が前記通電端子に接続され、他端が接地に接続された負側トランジスタと、カソードが前記負側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記負側トランジスタの他端に接続された負側ダイオードと、を有し、前記通電信号に応じて、前記正側トランジスタと前記負側トランジスタとが相補的にオン／オフするように制御して、前記通電端子から前記ブラシレスモータのコイルに疑似正弦波の駆動電圧を供給する駆動電圧出力手段を備える。制御回路は、第１の入力に前記負側トランジスタの一端の電圧に基づいた第１の電圧が入力され、第２の入力に前記負側トランジスタの他端の電圧に基づいた第２の電圧が入力され、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較した結果に基づいた比較結果信号を出力するコンパレータを備える。制御回路は、前記比較結果信号に基づいて、前記負側トランジスタに流れるモータ電流の極性を判定し、判定信号を出力する判定手段を備える。制御回路は、前記位置検出信号および前記判定信号に基づいて、前記駆動電圧の位相を調整する位相調整信号を出力する位相調整手段を備える。

図１は、実施例１に係るモータ駆動装置１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す半導体集積回路１００を電源系統毎の区分を規定した一例を示す図である。 図３は、図１に示すコンパレータＣＯＭに入力される第１、第２の電圧Ｖ１、Ｖ２の波形の一例を示す波形図である。 図４は、図３で表された第１、第２の電圧Ｖ１、Ｖ２に応じてコンパレータＣＯＭが出力する比較結果信号ＳＲ、この比較結果信号ＳＲに応じて判定回路ＧＣが出力する判定信号ＳＧ、駆動電流Ｖｄ、およびモータ電流の波形の一例を示す波形図である。 図５は、実施例２に係るモータ駆動装置２０００の構成の一例を示す図である。 図６は、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられている場合における、位置検出信号ＳＨ、判定信号ＳＧ、および、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭの位相の関係の一例を示す図である。 図７は、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられていない場合における、位置検出信号ＳＨ、判定信号ＳＧ、および、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭの位相の関係の一例を示す図である。 図８は、ブラシレスモータＭが時計回りで回転する場合における、ステータのコイルの鎖交磁束、位置センサＨ、および、ロータの磁極の位置関係の一例を示す図である。 図９は、図８に示すブラシレスモータＭが時計回りで回転する場合における、各信号波形の一例を示す図である。 図１０は、ブラシレスモータＭが反時計回りで回転する場合における、ステータのコイルの鎖交磁束、位置センサＨ、および、ロータの磁極の位置関係の一例を示す図である。 図１１は、図１０に示すブラシレスモータＭが反時計回りで回転する場合における、各信号波形の一例を示す図である。

以下、実施例について図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係るモータ駆動装置１０００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、モータ駆動装置１０００は、ブラシレスモータＭと、半導体集積回路（制御回路）１００と、ブラシレスモータＭに設けられた位置センサＨと、を備える。

ブラシレスモータＭは、ここでは、３相ブラシレスモータである。このブラシレスモータＭは、例えば、Ｗ相コイル、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルが設けられたステータ（図示せず）と、ロータ（図示せず）と、を有する。なお、ブラシレスモータＭは、単相ブラシレスモータ、２相ブラシレスモータ等、ｎ（ｎ：整数）相のブラシレスモータであってもよい。

位置センサＨは、ブラシレスモータＭのコイルの誘起電圧の位相と同期した位置検出信号ＳＨを出力する。なお、図１では、一例として、３個の位置センサＨが、ブラシレスモータＭに設けられている。この位置センサＨは、例えば、ホール素子またはホールＩＣである。なお、位置センサＨは、ブラシレスモータＭの相数より少なくてもよいが、ここでは３個即ち３相分のホールＩＣまたはホール素子が使用されている。この場合、位置検出信号ＳＨは、ホールＩＣの場合は３信号、ホール素子の場合は６信号となる。

マイコン１０１は、ブラシレスモータＭの駆動を規定する指令信号ＳＶを、半導体集積回路１００に、出力するようになっている。

また、半導体集積回路１００は、位置検出信号ＳＨおよびブラシレスモータＭの駆動を規定する指令信号ＳＶに基づいて、ブラシレスモータＭのコイルに疑似正弦波の駆動電圧Ｖｄを通電端子Ｔｘから供給して、ブラシレスモータＭの駆動を制御する。

この半導体集積回路１００は、例えば、図１に示すように、位相調整回路（位相調整手段）ＰＣと、通電信号回路（通電信号手段）ＴＤと、ドライブ回路（駆動電圧出力手段）ＤＲと、ブリッジ回路ＢＲと、コンパレータＣＯＭと、判定回路（判定手段）ＧＣと、第１の抵抗Ｒ１と、第２の抵抗Ｒ２と、第１のダイオードＤ１と、第２のダイオードＤ２と、を備える。

位相調整回路ＰＣは、位置検出信号ＳＨおよび後述する判定回路ＧＣから出力される判定信号ＳＧに基づいて、駆動電圧Ｖｄの位相を調整する位相調整信号Ｓｘを出力する。

なお、位相調整回路ＰＣは、外部から供給される位相制御信号ＳＰによって、直接、位相調整信号Ｓｘを制御可能になっている。

通電信号回路ＴＤは、位相調整信号Ｓｘ、位置検出信号ＳＨおよび指令信号ＳＶに基づいて、ブラシレスモータＭの通電を制御するための通電信号ＳＣを出力する。

この通電信号回路ＴＤは、位相調整信号Ｓｘ、位置検出信号ＳＨおよび指令信号ＳＶから、例えば、正弦波データの読み出しなどにより正弦波の通電信号ＳＣを形成する。なお、正弦波データは３相変調でも２相変調でもよい。

また、通電信号回路ＴＤは、位置検出信号ＳＨに基づいて、ブラシレスモータＭの回転の有無及び回転数の情報を含む回転信号ＳＯを出力する。

ドライブ回路ＤＲは、通電信号回路ＴＤが出力した通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御信号ＳＰＷＭを出力する。より詳しくは、ドライブ回路ＤＲは、例えば、通電信号ＳＣをデッドタイム処理し、さらに必要な電位に変換して得られたＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭを、ブリッジ回路ＢＲに供給する。

なお、ドライブ回路ＤＲは、それに必要な各電位を、ブートストラップやチャージポンプにより生成する。

なお、このドライブ回路ＤＲは、省略され、若しくは、通電信号回路ＴＤに含まれていてもよい。この場合、通電信号回路ＴＤがこのドライブ回路ＤＲの一部の機能を実行し、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御する。

また、ブリッジ回路ＢＲは、一端が直流電源ＶＤＤ２に接続され、他端が接地に接続されている。そして、ブリッジ回路ＢＲは、直流電源ＶＤＤ２からブラシレスモータＭを駆動するための３相の駆動電圧Ｖｄを生成する。そして、ブリッジ回路ＢＲは、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭに応じて、ブラシレスモータＭに対して、３相の駆動電圧Ｖｄを供給する。そして、ブラシレスモータＭは、上述の３相の駆動電圧により、３相のコイルに電流が流れて、駆動する。

ここで、ブリッジ回路ＢＲは、例えば、図１に示すように、正側トランジスタＴｒａと、正側ダイオードＤａと、負側トランジスタＴｒｂと、負側ダイオードＤｂと、を有する。

正側トランジスタＴｒａは、電流経路の一端（ドレイン）が直流電源ＶＤＤ２に接続され、電流経路の他端（ソース）が通電端子Ｔｘに接続されている。

正側ダイオードＤａは、カソードが正側トランジスタＴｒａの一端（ドレイン）に接続され、アノードが正側トランジスタＴｒａの他端（ソース）に接続されている。

負側トランジスタＴｒｂは、電流経路の一端（ドレイン）が通電端子Ｔｘに接続され、電流経路の他端（ソース）が接地に接続されている。

負側ダイオードＤｂは、カソードが負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）に接続され、アノードが負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）に接続されている。

このブリッジ回路ＢＲは、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭに応じて、正側トランジスタＴｒａと負側トランジスタＴｒｂとが相補的にオン／オフするようにＰＷＭ制御して、通電端子ＴｘからブラシレスモータＭのコイルに疑似正弦波の駆動電圧Ｖｄを供給する。

なお、本実施例では、ブラシレスモータＭが３相ブラシレスモータであるので、ブリッジ回路ＢＲは、図示していないが、正側トランジスタＴｒａと正側ダイオードＤａを３組有する。そして、この３組の通電端子ＴｘがそれぞれＷ相コイル、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルに接続される。

なお、正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂは、ＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタである。特に、図１の例では、正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂは、ｎＭＯＳトランジスタである。

次に、図１に示すように、第１の抵抗Ｒ１は、一端が制御電源ＶＤＤ１に接続され、他端がコンパレータＣＯＭの第１の入力（非反転入力端子）に接続されている。 第２の抵抗Ｒ２は、一端が制御電源ＶＤＤ１に接続され、他端がコンパレータＣＯＭの第２の入力（反転入力端子）に接続されている。第１のダイオードＤ１は、アノードがコンパレータＣＯＭの第１の入力に接続され、カソードが負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）に接続されている。

なお、この第１のダイオードＤ１は、その電流は制御電源ＶＤＤ１と第１の抵抗Ｒ１により決定される極小さな値となる。しかし、第１のダイオードＤ１の耐圧は、ほぼ直流電圧に匹敵する特性を必要とする。

第２のダイオードＤ２は、アノードがコンパレータＣＯＭの第２の入力に接続され、カソードが負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）に接続されている。

この第２のダイオードＤ２は、第１のダイオードＤ１よりも耐圧が小さいものでよい。また、この第２のダイオードＤ２に代えて、抵抗を接続してもよい。そして、第１のダイオードＤ１とのバランスや制御電源ＶＤＤ１の電圧変動を考慮して、第２のダイオードＤ２は、第１のダイオードＤ１とほぼ同じ飽和電圧のものが選択されている。

このように、図１に示すように、コンパレータＣＯＭの第１の入力（非反転入力端子）は、第１のダイオードＤ１を介して、負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）に接続され、コンパレータＣＯＭの第２の入力（反転入力端子）は、第２のダイオードＤ２を介して、負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）に接続されている。

したがって、コンパレータＣＯＭは、第１の入力（非反転入力端子）に負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）の電圧に基づいた第１の電圧Ｖ１が入力され、第２の入力（反転入力端子）に負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）の電圧に基づいた第２の電圧Ｖ２が入力される。そして、このコンパレータＣＯＭは、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを比較した結果に基づいた比較結果信号ＳＲを出力する。

ここで、例えば、負側トランジスタＴｒｂがオンしているとき、モータ電流が負側トランジスタＴｒｂから通電端子Ｔｘに流れる正の極性である場合、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２未満になる。この場合、コンパレータＣＯＭは、 例えば“Ｌｏｗ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

一方、負側トランジスタＴｒｂがオンしているとき、モータ電流が通電端子Ｔｘから負側トランジスタＴｒｂに流れる負の極性である場合、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上になる。この場合、コンパレータＣＯＭは、例えば“Ｈｉｇｈ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

このように、コンパレータＣＯＭが出力する比較結果信号ＳＲは、モータ電流の極性に対応したものとなる。

なお、このコンパレータＣＯＭは、ハンチング現象を回避するためにヒステリシス特性を有するようにしてもよい。

また、既述のコンパレータＣＯＭ、第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２、第１、第２の抵抗Ｒ１、Ｒ２の構成は、本実施例においては、ブラシレスモータＭが３相ブラシレスモータであるので、３相分あることが相応しい。しかし、ブラシレスモータＭが慣性の大きな負荷に使われる場合は、上述の構成は２相、または１相分でもよい。

また、複数相分も受ける場合には、負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）側に接続された抵抗とダイオードとは共通でもよい。

判定回路ＧＣは、比較結果信号ＳＲに基づいて、負側トランジスタＴｒｂに流れるモータ電流の極性を判定し、この判定結果に応じた判定信号ＳＧを出力する。

特に、判定回路ＧＣは、負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間中にコンパレータＣＯＭから出力された比較結果信号ＳＲに基づいて、負側トランジスタＴｒｂに流れるモータ電流の極性を判定する。

ここで、例えば、図１に示すように、既述の通電信号回路ＴＤは、負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間中に、比較結果信号ＳＲをサンプリングすることを指示するサンプリング信号ＳＬを判定回路ＧＣに出力する。なお、通電信号回路ＴＤは、より好ましくは、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭのデットタイムを考慮して、負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間の真ん中で、比較結果信号ＳＲをサンプリングすることを指示するようにサンプリング信号ＳＬを設定する。

そして、判定回路ＧＣは、このサンプリング信号ＳＬに応じて、比較結果信号ＳＲをサンプリングする。

そして、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２未満であることを規定している（例えば、“Ｌｏｗ”レベルである）場合には、モータ電流が負側トランジスタＴｒｂから通電端子Ｔｘに流れる正の極性であると判断する。

一方、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２以上であることを規定している（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルである）場合には、モータ電流が通電端子Ｔｘから負側トランジスタＴｒｂに流れる負の極性であると判断する。

位相調整回路ＰＣは、判定信号ＳＧに基づいて、モータ電流の位相を取得する。より詳しくは、例えば、位相調整回路ＰＣは、モータ電流の極性が反転するゼロクロス点から、モータ電流の位相を取得する。

また、位相調整回路ＰＣは、位置検出信号ＳＨに基づいて、ブラシレスモータＭのコイルの誘起電圧の位相を取得する。

ここで、例えば、ブラシレスモータＭの効率を上げる場合、位相調整回路ＰＣは、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、駆動電圧Ｖｄの位相を調整する位相調整信号Ｓｘを出力する。

そして、通電信号回路ＴＤは、この位相調整信号Ｓｘに応じた通電信号ＳＣを出力する。そして、ドライブ回路ＤＲがこの通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭにより、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御して、駆動電圧Ｖｄを出力させる。

また、高速運転する場合、位相調整回路ＰＣは、モータ電流の位相が誘起電圧の位相よりも進むように、駆動電圧Ｖｄの位相を調整する位相調整信号Ｓｘを出力する。

そして、通電信号回路ＴＤは、この位相調整信号Ｓｘに応じた通電信号ＳＣを出力する。そして、ドライブ回路ＤＲがこの通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭにより、モータ電流の位相が誘起電圧の位相よりも進むように、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御して、駆動電圧Ｖｄを出力させる。

次に、図２は、図１に示す半導体集積回路１００を電源系統毎の区分を規定した一例を示す図である。

図２に示すように、通電信号回路ＴＤ、位相調整回路ＰＣ、判定回路ＧＣ、およびコンパレータＣＯＭは、低電圧ＩＣであり、制御電源ＶＤＤ１から制御電圧（例えば、５Ｖ）が供給されて動作する。

また、図２に示すように、第１のダイオードＤ１、第２のダイオードＤ２、ドライブ回路ＤＲ、および、ブリッジ回路ＢＲは、高電圧ＩＣであり、直流電源ＶＤＤ２から制御電圧よりも高い直流電圧（例えば、２８０Ｖ）が供給されて動作する。

このように、電流正負判定に必要な第１、第２のダイオードＤ１、Ｄ２が接続されるために、負側トランジスタＴｒｂの両端電圧がマイナスの場合にも、コンパレータＣＯＭの入力電圧は同相入力電圧範囲内に収まる。
高電圧ＩＣは、モータ電流の極性の判定に必要なダイオードを含んでいるので、より広い範囲の電源電圧に対応できる。
そして、例えば、半導体集積回路１００は、８０Ｖ以下などの低電圧で使用される場合には、ＤＭＯＳ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄｉｆｆｕｓｅｄ ＭＯＳＦＥＴ）などにより、低電圧の回路、高電圧の回路を同一チップで構成できる。

次に、以上のような構成を有する半導体集積回路１００の動作の一例について説明する。図３は、図１に示すコンパレータＣＯＭに入力される第１、第２の電圧Ｖ１、Ｖ２の波形の一例を示す波形図である。また、図４は、図３で表された第１、第２の電圧Ｖ１、Ｖ２に応じてコンパレータＣＯＭが出力する比較結果信号ＳＲ、この比較結果信号ＳＲに応じて判定回路ＧＣが出力する判定信号ＳＧ、駆動電流Ｖｄ、およびモータ電流の波形の一例を示す波形図である。

図３、図４に示すように、例えば、時刻０．０２ｍｓ〜０．５８ｍｓにおいて、コンパレータＣＯＭは、サンプリング信号ＳＬで規定されるサンプリングのタイミング（負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間）に、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２未満であるので、“Ｌｏｗ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

そして、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２未満であることを規定している（例えば、“Ｌｏｗ”レベルである）ので、モータ電流が負側トランジスタＴｒｂから通電端子Ｔｘに流れる正の極性であると判断する（“Ｌｏｗ”レベルの判定信号ＳＧを出力する）。

一方、図３、図４に示すように、時刻０．５８ｍｓ〜１．０４ｍｓにおいて、コンパレータＣＯＭは、サンプリング信号ＳＬで規定されるサンプリングのタイミング（負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間）に、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上である場合には、“Ｈｉｇｈ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

そして、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２以上であることを規定している（“Ｈｉｇｈ”レベルである）ので、モータ電流が通電端子Ｔｘから負側トランジスタＴｒｂに流れる負の極性であると判断する（“Ｈｉｇｈ”レベルの判定信号ＳＧを出力する）。

ここで、既述のように、本実施例では、位置検出信号ＳＨは、ブラシレスモータＭのコイルの誘起電圧とその位相が同期している。

位相制御信号ＳＰがゼロ（基準値）の場合及び入力されない場合には、位相調整回路ＰＣは、位置検出信号ＳＨと上記判定信号ＳＧとが同期するように調整する。

具体的には、位相調整回路ＰＣは、位置検出信号ＳＨに対して判定信号ＳＧが遅れている場合には、位相調整信号Ｓｘで規定する駆動電圧Ｖｄの位相を進み方向に調整する。一方、位相調整回路ＰＣは、位置検出信号ＳＨに対して判定信号ＳＧが進んでいる場合には位相調整信号Ｓｘで規定する駆動電圧Ｖｄの位相を遅れ方向に調整する。

結果として、位相調整回路ＰＣは、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、駆動電圧Ｖｄの位相を調整する位相調整信号Ｓｘを出力する。

そして、通電信号回路ＴＤは、この位相調整信号Ｓｘに応じた通電信号ＳＣを出力する。そして、ドライブ回路ＤＲがこの通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭにより、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御して、駆動電圧Ｖｄを出力させる。

したがって、位相調整信号Ｓｘの調整により通電信号回路ＴＤによる通電信号ＳＣの位相が調整されて、誘起電圧とモータ電流が各相一致して、ブラシレスモータＭを最大効率で駆動することになる。

また、例えば、位相調整回路ＰＣは、位相制御信号ＳＰが負（基準値以下）のときには、位置検出信号ＳＨと判定信号ＳＧの位相差に関係なく、駆動電圧Ｖｄの位相を進み方向に調整することを規定する位相調整信号Ｓｘを出力する。

一方、位相調整回路ＰＣは、位相調整信号ＳＰが正（基準値以上）のときには、駆動電圧Ｖｄの位相を遅れ方向に調整することを規定する位相調整信号Ｓｘを出力する。

そこで、例えば、ブラシレスモータＭの負荷が高速時に軽い用途に有効なもので、指令信号ＳＶが最大の電圧を規定している場合でも回転数が足りない場合に、位相制御信号ＳＰを負に設定する。これにより、所謂、弱め界磁制御が可能となり、より高速に制御できる。

以上のように、本実施例１に係るモータ駆動装置１０００によれば、効率を向上することができる。

特に、半導体集積回路１００は、外付け部品が必要なく、電流検出抵抗すらないので、ブリッジ回路ＢＲにおける消費電流を低減することができる。

図５は、実施例２に係るモータ駆動装置２０００の構成の一例を示す図である。なお、図５において、図１の符号と同じ符号は、実施例１と同様の構成を示す。

図５に示すように、モータ駆動装置２０００は、ブラシレスモータＭと、半導体集積回路（制御回路）２００と、ブラシレスモータＭに設けられた位置センサＨと、を備える。

マイコン１０１は、ブラシレスモータＭの駆動を規定する指令信号ＳＶを、半導体集積回路２００に、出力するようになっている。

また、半導体集積回路２００は、位置検出信号ＳＨおよびブラシレスモータＭの駆動を規定する指令信号ＳＶに基づいて、ブラシレスモータＭのコイルに疑似正弦波の駆動電圧Ｖｄを通電端子Ｔｘから供給して、ブラシレスモータＭの駆動を制御する。

この半導体集積回路２００は、例えば、図５に示すように、位相差算出回路（位相算出手段）ＰＡと、位置情報補正回路（位置情報補正手段）ＰＩと、位相差記憶手段ＰＭと、通電信号回路（通電信号手段）ＴＤと、ドライブ回路（駆動電圧出力手段）ＤＲと、ブリッジ回路ＢＲと、コンパレータＣＯＭと、判定回路（判定手段）ＧＣと、を備える。

通電信号回路ＴＤは、位置検出信号ＳＨおよび指令信号ＳＶに基づいて、ブラシレスモータＭの通電を制御するための通電信号ＳＣを出力する。

この通電信号回路ＴＤは、位置検出信号ＳＨおよび指令信号ＳＶから、例えば、正弦波データの読み出しなどにより正弦波の通電信号ＳＣを形成する。なお、正弦波データは３相変調でも２相変調でもよい。

ここで、例えば、通電信号回路ＴＤは、ブラシレスモータＭの効率を上げる場合、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、駆動電圧Ｖｄの位相を調整するように通電信号ＳＣを出力する。

そして、ドライブ回路ＤＲがこの通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭにより、モータ電流の位相と誘起電圧の位相とが一致するように、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御して、駆動電圧Ｖｄを出力させる。

また、通電信号回路ＴＤは、高速運転する場合、モータ電流の位相が誘起電圧の位相よりも進むように、駆動電圧Ｖｄの位相を調整する通電信号ＳＣを出力する。

そして、ドライブ回路ＤＲがこの通電信号ＳＣに応じて、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭにより、モータ電流の位相が誘起電圧の位相よりも進むように、ブリッジ回路ＢＲをＰＷＭ制御して、駆動電圧Ｖｄを出力させる。

また、この通電信号回路ＴＤは、位置検出信号ＳＨに基づいて、ブラシレスモータＭの回転の有無及び回転数の情報を含む回転信号ＳＯを出力する。

さらに、通電信号回路ＴＤは、ブラシレスモータＭが回転している状態において正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂをオフさせた期間中に、比較結果信号ＳＲをサンプリングすることを指示するサンプリング信号ＳＬを判定回路ＧＣに出力する。
また、図５に示すように、コンパレータＣＯＭの第１の入力（非反転入力端子）は、負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）に接続され、コンパレータＣＯＭの第２の入力（反転入力端子）は、負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）に接続されている。

したがって、コンパレータＣＯＭは、第１の入力（非反転入力端子）に負側トランジスタＴｒｂの一端（ドレイン）の電圧に基づいた第１の電圧Ｖ１が入力され、第２の入力（反転入力端子）に負側トランジスタＴｒｂの他端（ソース）の電圧に基づいた第２の電圧Ｖ２が入力される。そして、このコンパレータＣＯＭは、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２とを比較した結果に基づいた比較結果信号ＳＲを出力する。

ここで、例えば、ブラシレスモータＭが回転している状態において正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂがオフしているとき、コイルの誘起電圧（通電端子Ｔｘの電圧）が負の極性である場合、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２未満になる。この場合、コンパレータＣＯＭは、例えば“Ｌｏｗ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

一方、ブラシレスモータＭが回転している状態において正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂがオフしているとき、コイルの誘起電圧が正の極性である場合、第１の電圧Ｖ１が第２の電圧Ｖ２以上になる。この場合、コンパレータＣＯＭは、例えば“Ｈｉｇｈ”レベルの比較結果信号ＳＲを出力する。

このように、コンパレータＣＯＭが出力する比較結果信号ＳＲは、コイルの誘起電圧の極性に対応したものとなる。

なお、このコンパレータＣＯＭは、ハンチング現象を回避するためにヒステリシス特性を有するようにしてもよい。

また、図５に示すように、判定回路ＧＣは、比較結果信号ＳＲに基づいて、ブラシレスモータＭのコイルの誘起電圧の極性を判定し、判定した極性に対応した位相を有する判定信号ＳＧを出力する。

特に、判定回路ＧＣは、ブラシレスモータＭが回転している状態において正側トランジスタＴｒａおよび負側トランジスタＴｒｂがオフしている期間中にコンパレータＣＯＭから出力された比較結果信号ＳＲに基づいて、コイルの誘起電圧（通電端子Ｔｘの電圧）の極性を判定する。

ここで、例えば、図５に示すように、既述の通電信号回路ＴＤは、負側トランジスタＴｒｂがオンしている期間中に、比較結果信号ＳＲをサンプリングすることを指示するサンプリング信号ＳＬを判定回路ＧＣに出力する。

そして、判定回路ＧＣは、このサンプリング信号ＳＬに応じて、比較結果信号ＳＲをサンプリングする。

そして、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２未満であることを規定している（例えば、“Ｌｏｗ”レベルである）場合には、コイルの誘起電圧（通電端子Ｔｘの電圧）が負の極性であると判断する。

この場合、判定回路ＧＣは、例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルの判定信号ＳＧを出力する。

一方、判定回路ＧＣは、サンプリングした比較結果信号ＳＲが、第１の電圧Ｖ１は第２の電圧Ｖ２以上であることを規定している（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベルである）場合には、コイルの誘起電圧（通電端子Ｔｘの電圧）が正の極性であると判断する。

この場合、判定回路ＧＣは、例えば、“Ｌｏｗ”レベルの判定信号ＳＧを出力する。

また、位相差算出回路ＰＡは、位置検出信号ＳＨおよび判定信号ＳＧが入力される。

この位相差算出回路ＰＡは、位置検出信号ＳＨの位相と判定信号ＳＧの位相との位相差を算出する。

また、位相差記憶回路ＰＭは、位相差算出回路ＰＡにより算出された位相差を記憶する。この位相差記憶手段ＰＭは、例えば、不揮発性記憶装置（例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等）である。

そして、位置情報補正回路ＰＩは、算出された位相差と予め設定された基準値との差に基づいて、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量を規定する。ここでは、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量は、算出された位相差と予め設定された基準値との差である。

これにより、位置情報補正回路ＰＩは、ブラシレスモータＭのロータの回転位置に関する情報を補正する。

なお、既述の基準値は、ブラシレスモータＭのコイルの位置と、このコイルの誘起電圧を検出する位置センサＨの正規位置との電気角の位相差に基づいて決定される。

そして、通電信号回路ＴＤは、位相差算出回路ＰＡにより算出された位相差と基準値との差がゼロに近づくようにして駆動電圧Ｖｄの位相が補正されるように、通電信号ＳＣを出力する。

これにより、位置センサＨがブラシレスモータＭの取り付け位置の影響が低減され、ブラシレスモータＭのロータ位置の検出精度が向上することとなる。

なお、モータ駆動装置２０００のその他の構成は、図１に示すモータ駆動回路１０００と同様である。

次に、以上のような構成を有するモータ駆動装置２０００の動作特性の一例について説明する。

図６は、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられている場合における、位置検出信号ＳＨ、判定信号ＳＧ、および、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭの位相の関係の一例を示す図である。また、図７は、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられていない場合における、位置検出信号ＳＨ、判定信号ＳＧ、および、ＰＷＭ制御信号ＳＰＷＭの位相の関係の一例を示す図である。また、図８は、ブラシレスモータＭが時計回りで回転する場合における、ステータのコイルの鎖交磁束、位置センサＨ、および、ロータの磁極の位置関係の一例を示す図である。図９は、図８に示すブラシレスモータＭが時計回りで回転する場合における、各信号波形の一例を示す図である。

例えば、図８、図９に示すように、ブラシレスモータＭが時計回りで回転する場合、位置センサＨのホール信号Ｈｕｐは、Ｕ相のコイルの鎖交磁束Φｕに対して、６０ｄｅｇ進んでいる。そして、Ｕ相のコイルの誘起電圧ＥＭＦｕは、鎖交磁束Φｕに対してπ／２遅れている。したがって、Ｕ相のコイルの誘起電圧ＥＭＦｕは、ホール信号Ｈｕｐに対応する信号Ｈｕ（位置検出信号ＳＨ）に対して１５０ｄｅｇ遅れる。
すなわち、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられている場合、判定信号ＳＧと位置検出信号ＳＨとの位相差は、１５０ｄｅｇ（既述の基準値に対応する）となる。この場合は、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量はゼロであり、補正が不要である（図６）。

一方、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置からずれて取り付けられている場合、判定信号ＳＧと位置検出信号ＳＨとの位相差は、例えば、１２０ｄｅｇとなる。この場合は、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量は３０ｄｅｇ（１５０ｄｅｇ−１２０ｄｅｇ）であり、この補正量だけ補正が実行される（図７）。

また、図１０は、ブラシレスモータＭが反時計回りで回転する場合における、ステータのコイルの鎖交磁束、位置センサＨ、および、ロータの磁極の位置関係の一例を示す図である。図１１は、図１０に示すブラシレスモータＭが反時計回りで回転する場合における、各信号波形の一例を示す図である。

図１０、図１１に示すように、ブラシレスモータＭが反時計回りで回転する場合、位置センサＨのホール信号Ｈｕｐは、Ｕ相のコイルの鎖交磁束Φｕに対して、６０ｄｅｇ遅れている。そして、Ｕ相のコイルの誘起電圧ＥＭＦｕは、鎖交磁束Φｕに対してπ／２進んでいる。したがって、Ｕ相のコイルの誘起電圧ＥＭＦｕは、ホール信号Ｈｕｐに対応する信号Ｈｕ（位置検出信号ＳＨ）に対して３０ｄｅｇ遅れる。
すなわち、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置に取り付けられている場合、判定信号ＳＧと位置検出信号ＳＨとの位相差は、３０ｄｅｇ（既述の基準値に対応する）となる。この場合は、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量はゼロであり、補正が不要となる。

一方、位置センサＨがブラシレスモータＭの正規位置からずれて取り付けられている場合、判定信号ＳＧと位置検出信号ＳＨとの位相差に基づいて、駆動電圧Ｖｄの位相の補正量だけ補正が実行される。

なお、既述の図６ないし図１０の例では、Ｕ相コイルに関係する信号に注目して説明しているが、Ｗ相コイルおよびＶ相コイルについても同様である。

以上のように、本実施例１に係るモータ駆動装置２０００によれば、ブラシレスモータＭのロータ位置の検出精度が向上するため、効率を向上することができる。

特に、モータ駆動装置２０００は、センサ取り付け精度を緩和することができ、製造コスト抑制することができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１０００、２０００ モータ駆動装置
１００、２００ 半導体集積回路
Ｍ ブラシレスモータ
Ｈ 位置センサ
ＰＣ 位相調整回路
ＴＤ 通電信号回路
ＤＲ ドライブ回路
ＢＲ ブリッジ回路
ＣＯＭ コンパレータ
ＧＣ 判定回路
Ｒ１ 第１の抵抗
Ｒ２ 第２の抵抗
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
ＰＡ 位相差算出回路
ＰＭ 位相差記憶回路
ＰＩ 位置情報補正回路

Claims (13)

1. ブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータのコイルの誘起電圧の位相と同期した位置検出信号を出力する位置センサと、
   前記位置検出信号および前記ブラシレスモータの駆動を規定する指令信号に基づいて、前記ブラシレスモータの前記コイルに疑似正弦波の駆動電圧を通電端子から供給して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路は、
   前記ブラシレスモータの通電を制御するための通電信号を出力する通電信号手段と、
   一端が直流電源に接続され、他端が前記通電端子に接続された正側トランジスタと、カソードが前記正側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記正側トランジスタの他端に接続された正側ダイオードと、一端が前記通電端子に接続され、他端が接地に接続された負側トランジスタと、カソードが前記負側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記負側トランジスタの他端に接続された負側ダイオードと、を有し、前記通電信号に応じて、前記正側トランジスタと前記負側トランジスタとが相補的にオン／オフするように制御して、前記通電端子から前記ブラシレスモータのコイルに疑似正弦波の駆動電圧を供給する駆動電圧出力手段と、
   第１の入力に前記負側トランジスタの一端の電圧に基づいた第１の電圧が入力され、第２の入力に前記負側トランジスタの他端の電圧に基づいた第２の電圧が入力され、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較した結果に基づいた比較結果信号を出力するコンパレータと、
   前記比較結果信号に基づいて、前記負側トランジスタに流れるモータ電流の極性を判定し、判定信号を出力する判定手段と、
   前記位置検出信号および前記判定信号に基づいて、前記駆動電圧の位相を調整する位相調整信号を出力する位相調整手段と、を備える
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記通電信号手段は、
   前記負側トランジスタがオンしている期間中に、前記比較結果信号をサンプリングすることを指示するサンプリング信号を前記判定手段に出力し、
   前記判定手段は、
   前記サンプリング信号に応じて、前記比較結果信号をサンプリングすることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記判定手段は、
   前記比較結果信号が、前記第１の電圧は前記第２の電圧未満であることを規定している場合には、前記モータ電流が前記負側トランジスタから前記通電端子に流れる正の極性であると判断し、
   一方、前記比較結果信号が、前記第１の電圧は前記第２の電圧以上であることを規定している場合には、前記モータ電流が前記通電端子から前記負側トランジスタに流れる負の極性であると判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記位相調整手段は、
   前記モータ電流の極性が反転するゼロクロス点から、前記モータ電流の位相を取得することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
5. 前記位相調整手段は、
   前記判定信号に基づいて、前記モータ電流の位相を取得し、
   前記位置検出信号に基づいて、前記誘起電圧の位相を取得し、
   前記モータ電流の位相と前記誘起電圧の位相とが一致するように、前記駆動電圧の位相を調整する前記位相調整信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
6. 前記位相調整手段は、
   前記モータ電流の位相が前記誘起電圧の位相よりも進むように、前記駆動電圧の位相を調整する前記位相調整信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
7. 前記通電信号手段、前記位相調整手段、前記判定手段、および前記コンパレータは、第１の電圧が供給されて動作し、
   前記駆動電圧出力手段は、前記第１の電圧よりも高い第２の電圧が供給されて動作する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
8. 前記制御回路は、
   一端が制御電源に接続され、他端が前記コンパレータの第１の入力に接続された第１の抵抗と、
   一端が前記制御電源に接続され、他端が前記コンパレータの第２の入力に接続された第２の抵抗と、
   アノードが前記コンパレータの第１の入力に接続され、カソードが前記負側トランジスタの一端に接続された第１のダイオードと、
   アノードが前記コンパレータの第２の入力に接続され、カソードが前記負側トランジスタの他端に接続された第２のダイオードと、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
9. ブラシレスモータと、前記ブラシレスモータのコイルの誘起電圧の位相と同期した位置検出信号を出力する位置センサと、を備えたモータ駆動装置に適用され、前記位置検出信号および前記ブラシレスモータの駆動を規定する指令信号に基づいて、前記ブラシレスモータの前記コイルに疑似正弦波の駆動電圧を通電端子から供給して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する制御回路であって、
   前記制御回路は、
   前記ブラシレスモータの通電を制御するための通電信号を出力する通電信号手段と、
   一端が直流電源に接続され、他端が前記通電端子に接続された正側トランジスタと、カソードが前記正側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記正側トランジスタの他端に接続された正側ダイオードと、一端が前記通電端子に接続され、他端が接地に接続された負側トランジスタと、カソードが前記負側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記負側トランジスタの他端に接続された負側ダイオードと、を有し、前記通電信号に応じて、前記正側トランジスタと前記負側トランジスタとが相補的にオン／オフするように制御して、前記通電端子から前記ブラシレスモータのコイルに疑似正弦波の駆動電圧を供給する駆動電圧出力手段と、
   第１の入力に前記負側トランジスタの一端の電圧に基づいた第１の電圧が入力され、第２の入力に前記負側トランジスタの他端の電圧に基づいた第２の電圧が入力され、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較した結果に基づいた比較結果信号を出力するコンパレータと、前記比較結果信号に基づいて、前記負側トランジスタに流れるモータ電流の極性を判定し、判定信号を出力する判定手段と、
   前記位置検出信号および前記判定信号に基づいて、前記駆動電圧の位相を調整する位相調整信号を出力する位相調整手段と、を備える
   ことを特徴とする制御回路。
10. ブラシレスモータと、
    前記ブラシレスモータのコイルの誘起電圧の位相と同期した位置検出信号を出力する位置センサと、
    前記位置検出信号および前記ブラシレスモータの駆動を規定する指令信号に基づいて、前記ブラシレスモータの前記コイルに疑似正弦波の駆動電圧を通電端子から供給して、前記ブラシレスモータの駆動を制御する制御回路と、を備え、
    前記制御回路は、
    前記ブラシレスモータの通電を制御するための通電信号を出力する通電信号手段と、
    一端が直流電源に接続され、他端が前記通電端子に接続された正側トランジスタと、カソードが前記正側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記正側トランジスタの他端に接続された正側ダイオードと、一端が前記通電端子に接続され、他端が接地に接続された負側トランジスタと、カソードが前記負側トランジスタの一端に接続され、アノードが前記負側トランジスタの他端に接続された負側ダイオードと、を有し、前記通電信号に応じて、前記正側トランジスタと前記負側トランジスタとが相補的にオン／オフするように制御して、前記通電端子から前記ブラシレスモータのコイルに疑似正弦波の駆動電圧を供給する駆動電圧出力手段と、
    第１の入力に前記負側トランジスタの一端の電圧に基づいた第１の電圧が入力され、第２の入力に前記負側トランジスタの他端の電圧に基づいた第２の電圧が入力され、前記第１の電圧と前記第２の電圧とを比較した結果に基づいた比較結果信号を出力するコンパレータと、
    前記比較結果信号に基づいて、前記ブラシレスモータの前記コイルの誘起電圧の極性を判定し、判定した極性に対応した位相を有する判定信号を出力する判定手段と、
    前記位置検出信号の位相と前記判定信号の位相との位相差を算出する位相差算出手段と、
    算出された前記位相差に基づいて、前記駆動電圧の位相の補正量を規定する位置情報補正手段と、を備える
    ことを特徴とするモータ駆動装置。
11. 前記通電信号手段は、
    前記位相差と、前記コイルの位置と前記位置センサの正規位置との電気角の位相差との差がゼロに近づくようにして前記駆動電圧の位相が補正されるように、前記通電信号を出力する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
12. 前記通電信号手段は、
    前記ブラシレスモータが回転している状態において前記正側トランジスタおよび前記負側トランジスタをオフさせた期間中に、前記比較結果信号をサンプリングすることを指示するサンプリング信号を前記判定手段に出力し、
    前記判定手段は、
    前記サンプリング信号に応じて、前記比較結果信号をサンプリングすることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。
13. 前記制御回路は、前記位相差を記憶する位相差記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動装置。

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