JP2019088185A - Dc motor drive circuit, drive method, and electronic device using the same - Google Patents

Dc motor drive circuit, drive method, and electronic device using the same Download PDF

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Abstract

To reduce power consumption.SOLUTION: An error detector 310 is a position error value ERR corresponding to a difference between a position command value P_REF indicating the target position of a rotor based on a clock signal CLK and a position detection value P_FB indicating the current position of the rotor based on the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder. A feedback controller 330 generates a torque command value T_REF such that the position error value ERR approaches zero. A drive IC 200D can perform switching between the rotation control mode and the holding mode, and the control characteristic of the feedback controller 330 is switched between the rotation control mode and the holding mode.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、DCモータの駆動回路に関する。   The present invention relates to a drive circuit of a DC motor.

制御対象を位置決めするためにステッピングモータが用いられる。ステッピングモータの制御には、クロック信号(パルスレート信号)が用いられ、入力したクロック信号のパルス数に比例して、モータをオープンループで回転させることができ、またクロック信号を停止した状態では、モータを静止させることができる。こうした制御の容易性から、プリンタやファクシミリ、スキャナ、複合機などのOA機器、あるいは産業機器においては、ステッピングモータが多く用いられている。   A stepping motor is used to position the control target. A clock signal (pulse rate signal) is used to control the stepping motor, and the motor can be rotated in an open loop in proportion to the number of pulses of the input clock signal, and when the clock signal is stopped, The motor can be stationary. Because of such ease of control, stepping motors are often used in office automation equipment such as printers, facsimiles, scanners, multifunction machines, etc., or in industrial equipment.

ところが、ステッピングモータは、静止状態においても、コイルが通電し続けるため、消費電力が大きくなるという問題がある。近年、OA機器をはじめとするさまざまなアプリケーションにおいて、低消費電力化が求められているが、ステッピングモータの消費電力が、OA機器の低消費電力化を妨げる一因となっている。   However, the stepping motor has a problem that power consumption increases because the coil continues to be energized even in the stationary state. In recent years, low power consumption has been required in various applications including OA equipment, but the power consumption of a stepping motor is one factor that hinders the reduction in power consumption of the OA equipment.

ブラシレスDCモータは制御が複雑であるが、消費電力が小さいという特徴を有する。したがって今後、低消費電力化が求められるアプリケーションでは、ステッピングモータをDCモータに置換していくことが求められる。   The brushless DC motor is characterized in that control is complicated but power consumption is small. Therefore, from now on, in applications where low power consumption is required, it is required to replace the stepping motor with a DC motor.

図1は、DCモータを備えるモータ駆動システムのブロック図である。このモータ駆動システムでは、従来のステッピングモータと同様に、クロック信号を利用した制御インタフェースで、DCモータを制御する。モータ駆動システム100Rは、DCモータ102、上位コントローラ104、ドライバ106およびモータ制御装置800を備える。上位コントローラ104は、たとえばマイコンやCPU(Central Processing Unit)であり、DCモータ102のロータの位置を指示するクロック信号CKを生成する。モータ制御装置800もまたCPUやマイコンで構成され、ソフトウェア制御によって、クロック信号をDCモータの駆動に適合したPWM信号に変換する。ドライバ106は、三相インバータを含み、PWM信号にもとづいてDCモータ102を駆動する。このようなシステムは、たとえば特許文献1に記載される。   FIG. 1 is a block diagram of a motor drive system provided with a DC motor. In this motor drive system, the DC motor is controlled by a control interface using a clock signal as in the case of a conventional stepping motor. The motor drive system 100R includes a DC motor 102, a host controller 104, a driver 106, and a motor control device 800. The upper controller 104 is, for example, a microcomputer or a CPU (Central Processing Unit), and generates a clock signal CK that indicates the position of the rotor of the DC motor 102. The motor control device 800 is also constituted by a CPU and a microcomputer, and converts the clock signal into a PWM signal adapted to drive of the DC motor by software control. The driver 106 includes a three-phase inverter and drives the DC motor 102 based on the PWM signal. Such a system is described, for example, in Patent Document 1.

特許第5487910号公報Patent No. 5487910

課題1.
CPUやマイコンは高価であるため、DCモータの制御のためのモータ制御装置800をCPUやマイコンで構成すると、機器のコストが高くなるという問題がある。
Problem 1.
Since the CPU and the microcomputer are expensive, if the motor control device 800 for controlling the DC motor is configured by the CPU and the microcomputer, there is a problem that the cost of the device becomes high.

また、モータ駆動システム100Rの設計者は、クロック信号CKの仕様、駆動対象のDCモータ102の特性等を考慮して、モータ制御装置800が実行するソフトウェアプログラムを作成する必要があり、開発コストの高騰、開発期間の長期化という問題を引き起こす。   In addition, the designer of the motor drive system 100R needs to create a software program to be executed by the motor control device 800 in consideration of the specification of the clock signal CK, the characteristics of the DC motor 102 to be driven, etc. It causes the problem of soaring prices and prolonging the development period.

課題2.
多くのアプリケーションにおいて、ステッピングモータを回転動作させる期間と、回転停止させる期間(保持動作)が交互に発生する。外力がない状況では、DCモータへの給電を停止することでDCモータを静止することが可能であるが、外力が加わる状況では、DCモータに外力と釣り合うトルクを発生させる必要がある。
Problem 2.
In many applications, a period for rotating the stepping motor and a period for stopping the rotation (holding operation) occur alternately. In the situation where there is no external force, it is possible to stop the DC motor by stopping the power supply to the DC motor, but in the situation where the external force is applied, it is necessary to generate a torque that balances the external force with the external force.

本発明のある態様は、課題1および/または2を解決することが可能な駆動回路の提供にある。   An embodiment of the present invention is to provide a drive circuit capable of solving the problems 1 and / or 2.

1. 本発明のある態様は、DCモータの駆動回路に関する。駆動回路は、ロジック回路で構成され、上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのパルス信号と、を受け、パルス信号にもとづくロータの現在位置と、クロック信号にもとづくロータの目標位置との差分である位置誤差値を生成する誤差検出器と、ロジック回路で構成され、位置誤差値がゼロに近づくように指令値を生成するフィードバックコントローラと、ロジック回路で構成され、指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。 1. One embodiment of the present invention relates to a drive circuit of a DC motor. The drive circuit is composed of a logic circuit, receives the clock signal from the host controller and the pulse signal from the encoder, and is the difference between the current position of the rotor based on the pulse signal and the target position of the rotor based on the clock signal. An error detector that generates a position error value, a feedback controller that generates a command value such that the position error value approaches zero, and a logic circuit that is configured by a logic circuit, and a drive signal that corresponds to the command value And a drive signal generation unit to be generated, and integrated on one semiconductor substrate.

2. 本発明のある態様はDCモータの駆動回路に関する。駆動回路は、上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのパルス信号と、に応じてDCモータを駆動する。駆動回路は、クロック信号にもとづくロータの目標位置を示す位置指令値と、パルス信号にもとづくロータの現在位置を示す位置検出値との差分に応じた位置誤差値を生成する誤差検出器と、位置誤差値がゼロに近づくようにトルク指令値を生成するフィードバックコントローラと、トルク指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備える。駆動回路は、回転制御モードと保持モードが切りかえ可能であり、回転制御モードと保持モードでフィードバックコントローラの制御特性が切り替わる。 2. One embodiment of the present invention relates to a drive circuit of a DC motor. The drive circuit drives the DC motor according to the clock signal from the host controller and the pulse signal from the encoder. An error detector that generates a position error value according to a difference between a position command value indicating a target position of the rotor based on the clock signal and a position detection value indicating the current position of the rotor based on the pulse signal; A feedback controller that generates a torque command value so that the error value approaches zero, and a drive signal generation unit that generates a drive signal according to the torque command value. The drive circuit can switch between the rotation control mode and the holding mode, and the control characteristic of the feedback controller is switched between the rotation control mode and the holding mode.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It is to be noted that any combination of the above-described constituent elements, or one in which the constituent elements and expressions of the present invention are mutually replaced among methods, apparatuses, systems, etc. is also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、安価にステッピングモータをDCモータに置換できる。また別の態様によれば、回転動作時の応答性を損なわずに、DCモータを停止させることができる。   According to an aspect of the present invention, the stepping motor can be replaced with a DC motor inexpensively. According to another aspect, it is possible to stop the DC motor without impairing the response during the rotation operation.

DCモータを備えるモータ駆動システムのブロック図である。1 is a block diagram of a motor drive system including a DC motor. 実施の形態に係る駆動ICを備えるモータ駆動システムのブロック図である。It is a block diagram of a motor drive system provided with drive IC concerning an embodiment. 駆動ICの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of drive IC. ロジック回路の基本構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic composition of a logic circuit. 誤差検出器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation of an error detector. 図6(a)〜(c)は、位置指令値生成部の構成例を示すブロック図である。FIGS. 6A to 6C are block diagrams showing configuration examples of the position command value generation unit. 回転制御モードと保持モードの切り替えをサポートする駆動ICのブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a drive IC that supports switching between rotation control mode and holding mode. 駆動ICの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of drive IC. 図8の駆動ICのモードの移行を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining transition of a mode of drive IC of FIG. 変形例4に係る駆動ICの一部のブロック図である。FIG. 16 is a block diagram of a portion of a drive IC according to a fourth modification. 休止モードをサポートする駆動ICの一部のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a portion of a drive IC that supports sleep mode. 図11の駆動ICの休止モードへの移行を説明する図である。It is a figure explaining transition to the rest mode of drive IC of FIG. ショートブレーキ機能を備える駆動ICの一部のブロック図である。It is a block diagram of a part of drive IC provided with a short brake function. ブレーキコントローラのブロック図である。It is a block diagram of a brake controller. 図15(a)、(b)は、ブレーキコントローラの動作を説明する図である。Fig.15 (a), (b) is a figure explaining operation | movement of a brake controller. クロック信号CLKの周波数fCKの波形図である。It is a waveform diagram of the frequency f CK of the clock signal CLK. モータ駆動システムの始動時のモータの回転数を示す図である。It is a figure which shows the rotation speed of the motor at the time of starting of a motor drive system. 電子ギアの機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of an electronic gear. 電子ギアの機能を備える駆動ICのブロック図である。It is a block diagram of drive IC provided with the function of an electronic gear. 電子ギアの機能を備える駆動ICのブロック図である。It is a block diagram of drive IC provided with the function of an electronic gear. モータ駆動システムを備える電子機器を示す図である。It is a figure showing electronic equipment provided with a motor drive system.

(実施の形態の概要1)
本明細書に開示される一実施の形態は、モータ駆動回路(駆動IC)に関する。モータ駆動ICは、ロジック回路で構成され、上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのパルス信号と、を受け、パルス信号にもとづくロータの現在位置と、クロック信号にもとづくロータの目標位置との差分である位置誤差値を生成する誤差検出器と、ロジック回路で構成され、位置誤差値がゼロに近づくように指令値を生成するフィードバックコントローラと、ロジック回路で構成され、指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備え、ひとつの半導体基板に集積化される。
(Summary of Embodiment 1)
One embodiment disclosed herein relates to a motor drive circuit (drive IC). The motor drive IC comprises a logic circuit, receives a clock signal from the host controller and a pulse signal from the encoder, and a difference between the current position of the rotor based on the pulse signal and the target position of the rotor based on the clock signal. An error detector that generates a position error value, and a feedback controller that is configured with a logic circuit and that generates a command value such that the position error value approaches zero, and a drive signal according to the command value And a drive signal generation unit for generating the signal, which is integrated on one semiconductor substrate.

この駆動ICを用いることにより、マイコンやCPU等が不要となり、ステッピングモータを安価にDCモータに置き換えることができ、システムの消費電力を低減できる。   By using this drive IC, a microcomputer, a CPU, etc. become unnecessary, the stepping motor can be replaced with a DC motor at low cost, and the power consumption of the system can be reduced.

フィードバックコントローラは、PI(比例積分)制御器を含んでもよい。PI制御器の制御特性は、クロック信号の周波数に応じて動的に変化してもよい。これにより、追従性を高めることができる。   The feedback controller may include a PI (proportional integration) controller. The control characteristics of the PI controller may change dynamically according to the frequency of the clock signal. Thereby, followability can be improved.

PI制御器の積分ゲインは一定であり、比例ゲインがクロック信号の周波数に応じて変化してもよい。積分ゲインを一定とすることにより、回転数の振動を抑制できる。   The integral gain of the PI controller is constant, and the proportional gain may change according to the frequency of the clock signal. By making the integral gain constant, vibration of the rotational speed can be suppressed.

誤差検出器は、クロック信号のエッジの個数の積算値に応じたターゲット値を生成する位置指令値生成部と、パルス信号にもとづき、ロータの現在位置を示すフィードバック値を生成する位置検出値生成部と、ターゲット値とフィードバック値の差分を生成する減算器と、を含んでもよい。   The error detector generates a target value according to an integrated value of the number of edges of the clock signal, and a position detection value generator that generates a feedback value indicating the current position of the rotor based on the pulse signal. And a subtractor that generates a difference between the target value and the feedback value.

位置指令値生成部は、クロック信号の1エッジあたりのターゲット値の変化量が複数値から選択可能であってもよい。これにより電子ギアを実現できる。   The position command value generation unit may be capable of selecting the amount of change of the target value per edge of the clock signal from a plurality of values. Thereby, an electronic gear can be realized.

位置検出値生成部は、パルス信号の1個あたりのフィードバック値の変化量が複数値から選択可能であってもよい。これにより電子ギアを実現できる。   The position detection value generation unit may be capable of selecting the amount of change in feedback value per pulse signal from a plurality of values. Thereby, an electronic gear can be realized.

駆動ICは、ターゲット値あるいはフィードバック値の変化量を指定するための設定ピンをさらに備えてもよい。   The drive IC may further include a setting pin for specifying the amount of change in the target value or the feedback value.

駆動ICは、DCモータを駆動するインバータを制御するプリドライバをさらに備えてもよい。   The drive IC may further include a predriver that controls an inverter that drives the DC motor.

(実施の形態の概要2)
本明細書に開示される一実施の形態は、モータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのパルス信号と、に応じてDCモータを駆動する。
駆動回路は、クロック信号にもとづくロータの目標位置を示す位置指令値と、パルス信号にもとづくロータの現在位置を示す位置検出値との差分に応じた位置誤差値を生成する誤差検出器と、位置誤差値がゼロに近づくようにトルク指令値を生成するフィードバックコントローラと、トルク指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備える。駆動回路は、回転制御モードと保持モードが切りかえ可能であり、回転制御モードと保持モードでフィードバックコントローラの制御特性(制御パラメータ)が切り替わる。
(Summary of Embodiment 2)
One embodiment disclosed herein relates to a motor drive circuit. The motor drive circuit drives the DC motor according to the clock signal from the host controller and the pulse signal from the encoder.
An error detector that generates a position error value according to a difference between a position command value indicating a target position of the rotor based on the clock signal and a position detection value indicating the current position of the rotor based on the pulse signal; A feedback controller that generates a torque command value so that the error value approaches zero, and a drive signal generation unit that generates a drive signal according to the torque command value. The drive circuit can switch between the rotation control mode and the holding mode, and the control characteristic (control parameter) of the feedback controller is switched between the rotation control mode and the holding mode.

回転制御モードではクロック信号にもとづく回転指令に対する追従性を重視した制御パラメータを与え、保持モードでは、追従性ではなく、安定性を重視した制御パラメータを与えることで、DCモータをステッピングモータのように駆動することが可能となる。   In the rotation control mode, a control parameter that emphasizes the followability to the rotation command based on the clock signal is given, and in the hold mode, a control parameter that emphasizes stability, not the followability, gives the DC motor like a stepping motor. It becomes possible to drive.

フィードバックコントローラはPI(Proportional Integral)制御器を含んでもよい。回転制御モードと保持モードとで、比例ゲインと積分ゲインの少なくとも一方が異なってもよい。   The feedback controller may include a PI (Proportional Integral) controller. At least one of the proportional gain and the integral gain may be different between the rotation control mode and the holding mode.

積分値が残留した状態でモードが切り替わると、積分値がゼロになるまでトルクが発生し続け、不要な振動を引き起こしたり、制御が安定するまでの遅延が長くなる可能性がある。そこで回転制御モードと保持モードが切り替わる際に、積分値がゼロリセットすることにより、不要な振動を抑制し、あるいは安定時間を短縮できる。   If the mode is switched while the integral value remains, torque may continue to be generated until the integral value becomes zero, which may cause unnecessary vibration or a long delay until the control is stabilized. Therefore, when the rotation control mode and the holding mode are switched, by resetting the integral value to zero, unnecessary vibration can be suppressed or the stabilization time can be shortened.

駆動回路は、クロック信号の入力状態にもとづいて、回転制御モードと保持モードを判定するモード判定部をさらに備えてもよい。クロック信号の無入力状態はモータの停止指示であるから、追加の制御線を必要とせずに、回転制御モードと保持モードを切り替えることができる。   The drive circuit may further include a mode determination unit that determines the rotation control mode and the holding mode based on the input state of the clock signal. Since the non-input state of the clock signal is a motor stop instruction, the rotation control mode and the holding mode can be switched without requiring an additional control line.

モード判定部は、クロック信号の無入力状態の持続時間を測定するカウンタを含み、クロック信号の無入力状態が所定時間持続すると、回転制御モードから保持モードに移行してもよい。   The mode determination unit may include a counter that measures the duration of the non-input state of the clock signal, and may shift from the rotation control mode to the hold mode when the non-input state of the clock signal continues for a predetermined time.

フィードバックコントローラは、回転制御モードに関連する第1コントローラと、保持モードに関連する第2コントローラと、を含んでもよい。コントローラを2系統用意することにより、シームレスな切り替えが可能となる。   The feedback controller may include a first controller associated with the rotational control mode and a second controller associated with the hold mode. By preparing two systems of controllers, seamless switching becomes possible.

フィードバックコントローラは、単一のコントローラを含み、回転制御モードと保持モードとで、ゲインが変更されてもよい。   The feedback controller includes a single controller, and the gain may be changed in the rotation control mode and the hold mode.

駆動信号生成部は、トルク指令値に応じたデューティ比を有するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成するパルス幅変調器と、PWM信号とホールコンパレータの出力とにもとづいて駆動信号を生成する通電ロジックと、を含んでもよい。   The drive signal generation unit generates a drive signal based on the pulse width modulator that generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal having a duty ratio corresponding to the torque command value, and the PWM signal and the output of the hall comparator. And may be included.

駆動回路はDCモータを駆動するインバータを制御するプリドライバをさらに備えてもよい。   The drive circuit may further include a predriver that controls an inverter that drives the DC motor.

駆動回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。   The drive circuit may be integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all of the circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of the circuit are integrally integrated. A resistor, a capacitor or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuit on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

(実施の形態)
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
Embodiment
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and duplicating descriptions will be omitted as appropriate. In addition, the embodiments do not limit the invention and are merely examples, and all the features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   In the present specification, "a state in which the member A is connected to the member B" means that the members A and B are physically directly connected, or the members A and B are electrically connected. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not affect the state or inhibit the function.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。   Similarly, "a state in which the member C is provided between the member A and the member B" means that the member A and the member C, or the member B and the member C are directly connected, or the electric member It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not affect the connection state or inhibit the function.

図2は、実施の形態に係る駆動IC200を備えるモータ駆動システム100のブロック図である。モータ駆動システム100は、駆動IC200に加えて、DCモータ102、上位コントローラ104、ドライバ106、ホールセンサ110U〜110W、エンコーダ112を備える。各信号の名称と、それが入出力されるピン(端子)、配線には同じ符号を付す。本実施の形態において駆動対象は三相DCモータである。   FIG. 2 is a block diagram of a motor drive system 100 including a drive IC 200 according to the embodiment. The motor drive system 100 includes a DC motor 102, a host controller 104, a driver 106, hall sensors 110U to 110W, and an encoder 112 in addition to the drive IC 200. The name of each signal, the pin (terminal) to which it is input / output, and the wiring are given the same reference numerals. In the present embodiment, the drive target is a three-phase DC motor.

上位コントローラ104はマイコンやCPU、ASIC(Application Specified IC)、FPGA(Field Programmable Gate Array)などであり、DCモータ102のロータの目標位置(以下、単にモータの位置ともいう)を示すクロック信号CLKを生成する。また上位コントローラ104は、モータの回転方向を指示する方向指示信号(CW_CCW信号)を生成する。これらの信号は、駆動IC200の対応するピンCLK,CW_CCに入力される。たとえばCW_CCW信号のローは第1方向(たとえば時計回り)の回転指示であり、ハイは第2方向の回転指示(たとえば反時計回り)である。   The upper controller 104 is a microcomputer, a CPU, an application specified IC (ASIC), a field programmable gate array (FPGA) or the like, and generates a clock signal CLK indicative of a target position of the rotor of the DC motor 102 (hereinafter also referred to simply as the motor position). Generate The host controller 104 also generates a direction indication signal (CW_CCW signal) that indicates the rotational direction of the motor. These signals are input to corresponding pins CLK and CW_CC of the drive IC 200. For example, the low of the CW_CCW signal is a rotation instruction in a first direction (for example, clockwise), and the high is a rotation instruction in a second direction (for example, counterclockwise).

ドライバ106は三相インバータおよびシャント抵抗Rを含む。三相インバータの各相の出力電圧VU〜VWは、駆動IC200のフィードバックピン(U〜W)に入力される。シャント抵抗Rは、三相インバータに流れる電流の経路上に設けられ、電流に比例した電圧降下(検出電圧)が発生する。シャント抵抗Rの電圧降下(電流検出信号)VCLは、駆動IC200のRCL(過電流検出電圧入力)ピンに入力される。電流検出信号VCLは、たとえばパルスバイパルスの電流制限(Current Limit)に用いることができる。 The driver 106 includes a three-phase inverter and a shunt resistor R S. Output voltages VU to VW of respective phases of the three-phase inverter are input to feedback pins (U to W) of the drive IC 200. The shunt resistor R S is provided on a path of current flowing to the three-phase inverter, and a voltage drop (detection voltage) proportional to the current occurs. The voltage drop (current detection signal) V CL of the shunt resistor R S is input to the RCL (overcurrent detection voltage input) pin of the drive IC 200. The current detection signal V CL can be used, for example, for current limitation of pulse-by-pulse.

ホールセンサ110U〜110Wは、ロータの位置に応じた三相のホール信号HUP,HUN,HVP,HVN,HWP,HWNを生成する。これらの信号は、駆動IC200の対応するピンに入力される。   The Hall sensors 110U to 110W generate three-phase Hall signals HUP, HUN, HVP, HVN, HWP, HWN according to the position of the rotor. These signals are input to corresponding pins of the drive IC 200.

ホールセンサ110U〜110Wには、駆動IC200および外付けのトランジスタQや抵抗R11,R12によって生成されるホールバイアス信号VHBが供給される。 The Hall sensor 110U~110W, Hall bias signal V HB generated by the drive IC200 and an external transistor Q 1 and resistors R 11, R 12 are supplied.

エンコーダ112は、ロータの位置に関する情報(絶対位置、相対位置もしくは変位量)を示すパルス信号(A相パルス信号EN_AとB相パルス信号EN_B)を生成する。これらのパルス信号は、駆動IC200の対応するピンに入力される。   The encoder 112 generates pulse signals (A-phase pulse signal EN_A and B-phase pulse signal EN_B) indicating information (absolute position, relative position or displacement amount) regarding the position of the rotor. These pulse signals are input to corresponding pins of the drive IC 200.

駆動IC200は、CLK信号、CW_CCW信号、ホール信号HUP〜HWN、パルス信号EN_A,EN_Bにもとづいて、ドライバ106を制御するためのゲート信号を生成し、UH,VH,WH,UL,VL,WLピンから出力する。   The drive IC 200 generates gate signals for controlling the driver 106 based on the CLK signal, the CW_CCW signal, the hall signals HUP to HWN, and the pulse signals EN_A and EN_B, and the UH, VH, WH, UL, VL, and WL pins. Output from

ドライバ106のハイサイドトランジスタはNチャンネルであり、ゲート駆動のために、電源電圧VCCより高い電圧が必要である。駆動IC200はチャージポンプを内蔵しており、CP1,CP2およびVGピンには、外付けのキャパシタが接続される。 The high side transistor of the driver 106 is N-channel, and a voltage higher than the power supply voltage V CC is required to drive the gate. The drive IC 200 incorporates a charge pump, and external capacitors are connected to the CP1, CP2 and VG pins.

駆動IC200は、ハードウェア、すなわちロジック回路やアナログ回路の組み合わせで構成される。本明細書における「ロジック回路で構成される」とはCPUやマイコンなどのようにソフトウェア制御が不要なアーキテクチャであることを意味する。   The drive IC 200 is configured by hardware, that is, a combination of logic circuits and analog circuits. In the present specification, “composed of a logic circuit” means an architecture such as a CPU and a microcomputer that does not require software control.

また駆動IC200の電源(VCC)ピンには電源電圧が供給され、接地(GND)ピンは接地される。   The power supply (VCC) pin of the drive IC 200 is supplied with a power supply voltage, and the ground (GND) pin is grounded.

図3は、駆動IC200の構成を示すブロック図である。駆動IC200は、複数の入力バッファBUF1〜BUF4、ホールコンパレータHCMPU〜HCMPW、ロジック回路300、プリドライバ250、電源回路群260、保護回路280を備える。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the drive IC 200. As shown in FIG. The drive IC 200 includes a plurality of input buffers BUF1 to BUF4, hole comparators HMPPU to HCMPW, a logic circuit 300, a predriver 250, a power supply circuit group 260, and a protection circuit 280.

複数の入力バッファBUFはそれぞれ、対応するピンに入力される信号をハイ、ロー2値化する。U相のホールコンパレータHCMPUは、HUPピンとHUNピンに入力される同じU相のホール信号HUP,HUNを比較する。V相、W相のホールコンパレータHHCMPV,HCMPWも同様である。入力バッファBUFおよびホールコンパレータHCMPの出力は、ロジック回路300に入力される。   The plurality of input buffers BUF high and low binarize signals input to the corresponding pins, respectively. The U-phase Hall comparator HCMPU compares the same U-phase Hall signals HUP and HUN input to the HUP pin and the HUN pin. The same applies to the Hall comparators HHCMPV and HCMPW of the V phase and the W phase. The outputs of the input buffer BUF and the Hall comparator HCMP are input to the logic circuit 300.

電源回路群260は、外付けの部品(図2のトランジスタQ11、抵抗R11,R12)とともにホールバイアス回路を構成するオペアンプ262、基準電圧源264を含む。ホールバイアス電圧VHBは、以下の電圧レベルに安定化される。
HB=VREF×(1+R11/R12
The power supply circuit group 260 includes an operational amplifier 262 and a reference voltage source 264 which constitute a Hall bias circuit together with external parts (a transistor Q11 and resistors R 11 and R 12 in FIG. 2). Hall bias voltage VHB is stabilized at the following voltage levels.
V HB = V REF × (1 + R 11 / R 12 )

チャージポンプ266は、CPピン、CNピン、VGピンを介して外付けのキャパシタ(図2のC11,C12)接続される。チャージポンプ266には入力電圧として、電源電圧VCCが供給される。チャージポンプ266は、電源電圧VCCを昇圧し、VGピンに昇圧された高電圧Vを生成する。高電圧Vは、プリドライバ250に供給され、後段のハイサイドのトランジスタ(図2のドライバ106の上側アーム)の駆動に用いられる。 The charge pump 266 is connected with external capacitors (C 11 and C 12 in FIG. 2) via the CP pin, the CN pin and the VG pin. The charge pump 266 is supplied with the power supply voltage V CC as an input voltage. The charge pump 266 boosts the power supply voltage V CC to generate the boosted high voltage V G at the VG pin. The high voltage V G is supplied to the pre-driver 250 is used to drive the subsequent stage of the high-side transistor (upper arm of the driver 106 FIG. 2).

電源回路268はデジタル回路用の電源電圧VREGD(たとえば1.5V)を生成し、ロジック回路300に供給する。電源回路270はアナログ回路用の電源電圧VREG(たとえば5V)を生成し、ロジック回路300およびプリドライバ250に供給する。 The power supply circuit 268 generates a power supply voltage V REGD (for example, 1.5 V) for the digital circuit and supplies it to the logic circuit 300. The power supply circuit 270 generates a power supply voltage V REG (for example, 5 V) for an analog circuit and supplies it to the logic circuit 300 and the predriver 250.

保護回路280は、さまざまな保護回路を含む。TSD(Thermal Shut Down)回路282は、過熱状態を検出する。UVLO(Under Voltage Lock Out)回路284は、電源電圧VCCの低い状態を検出する。OVLO(Over Voltage Lock Out)回路286は、電源電圧VCCの過電圧状態を検出する。各回路の出力(検出信号)は、直接的に、あるいはORゲートを介して間接的に、ロジック回路300に入力される。 Protection circuit 280 includes various protection circuits. A thermal shut down (TSD) circuit 282 detects an overheat condition. An under voltage lock out (UVLO) circuit 284 detects a low state of the power supply voltage V CC . An OVLO (Over Voltage Lock Out) circuit 286 detects an overvoltage condition of the power supply voltage V CC . The output (detection signal) of each circuit is input to the logic circuit 300 directly or indirectly via an OR gate.

オシレータ288は、システムクロックCKSYSを生成し、ロジック回路300に供給する。 The oscillator 288 generates a system clock CK SYS and supplies it to the logic circuit 300.

過電流検出回路290は、RCLピンに入力される検出電圧VCLにもとづく過電流保護のために設けられる。OCP(Over Current Protection)コンパレータ292は、検出電圧VCLをしきい値VTHと比較し、VCL>VTHとなると、OCP信号をアサート(たとえばハイ)する。OCP信号は、ロジック回路300に供給される。 The overcurrent detection circuit 290 is provided for overcurrent protection based on the detection voltage VCL input to the RCL pin. An over current protection (OCP) comparator 292 compares the detection voltage V CL with a threshold value V TH, and asserts (eg, high) the OCP signal when V CL > V TH . The OCP signal is supplied to the logic circuit 300.

ロジック回路300は、ホールコンパレータHCMPや入力バッファBUFの出力にもとづいて、駆動IC200の後段に接続されるドライバ(三相インバータ)106の駆動信号を生成する。また、各異常状態における保護処理を実行する。たとえばOCP信号がアサートされると、パルスバイパルスの過電流保護をかける。保護回路280において異常が検出されると、モータの駆動を停止する。   The logic circuit 300 generates a drive signal of the driver (three-phase inverter) 106 connected to the rear stage of the drive IC 200 based on the outputs of the Hall comparator HCMP and the input buffer BUF. In addition, protection processing in each abnormal state is executed. For example, when the OCP signal is asserted, pulse-by-pulse overcurrent protection is applied. When an abnormality is detected in the protection circuit 280, the drive of the motor is stopped.

プリドライバ250は、ロジック回路300からの駆動信号およびU,V,Wピンにフィードバックされる各相のコイル端電圧V,V,Vにもとづいて、後段のドライバ106を駆動する。コイル端電圧V,V,Vは、ドライバ106のハイサイドトランジスタのゲート信号のローレベルの生成に使用される。 The pre-driver 250 drives the driver 106 at the rear stage based on the drive signal from the logic circuit 300 and the coil end voltages V U , V V and V W of each phase fed back to the U, V and W pins. The coil end voltages V U , V V and V W are used to generate low level of the gate signal of the high side transistor of the driver 106.

以上が駆動IC200のブロック図である。続いて、ロジック回路300の構成を説明する。   The above is a block diagram of the drive IC 200. Subsequently, the configuration of the logic circuit 300 will be described.

図4は、ロジック回路300の基本構成を示すブロック図である。ロジック回路300は、主として、誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340を備える。   FIG. 4 is a block diagram showing a basic configuration of logic circuit 300. Referring to FIG. The logic circuit 300 mainly includes an error detector 310, a feedback controller 330, and a drive signal generator 340.

誤差検出器310は、エンコーダからのパルス信号EN_A,EN_Bと、上位コントローラからのクロック信号CKのパルス数の積算値との差分にもとづいて、ロータの目標位置と現在位置の誤差を示す位置誤差値ERRを生成する。   The error detector 310 is a position error value that indicates an error between the target position and the current position of the rotor based on the difference between the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder and the integrated value of the number of pulses of the clock signal CK from the host controller. Generate ERR.

誤差検出器310は、位置指令値生成部312、位置検出値生成部314、減算器316を含む。位置指令値生成部312は、クロック信号CLKおよびCW_CCW信号にもとづいて、ロータの目標位置を示すターゲット値TGTを生成する。より詳しくは、位置指令値生成部312は、クロック信号CLKのポジエッジ(および/またはネガエッジ、以下、単にエッジという)の個数の積算値を生成する。   The error detector 310 includes a position command value generation unit 312, a position detection value generation unit 314, and a subtractor 316. The position command value generation unit 312 generates a target value TGT indicating a target position of the rotor based on the clock signal CLK and the CW_CCW signal. More specifically, position command value generation unit 312 generates an integrated value of the number of positive edges (and / or negative edges, hereinafter simply referred to as edges) of clock signal CLK.

位置検出値生成部314は、エンコーダ112からのパルス信号EN_A,EN_Bにもとづいて、ロータの現在位置を示すフィードバック値FBを生成する。減算器316は、ターゲット値TGTとフィードバック値FBの差分を生成する。   The position detection value generation unit 314 generates a feedback value FB indicating the current position of the rotor based on the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder 112. The subtractor 316 generates a difference between the target value TGT and the feedback value FB.

フィードバックコントローラ330は、位置誤差値ERRの値がゼロに近づくように、制御指令値REFを生成する。たとえばフィードバックコントローラ330は、PI(Proportional Integral)制御器を含むことができる。制御指令値REFは、モータのトルク指令値であってもよい。   The feedback controller 330 generates the control command value REF such that the value of the position error value ERR approaches zero. For example, the feedback controller 330 can include a PI (Proportional Integral) controller. The control command value REF may be a torque command value of the motor.

駆動信号生成部340は、指令値REFに応じた駆動信号SUH,SUL,SVH,SVL,SWH,SWLを生成する。たとえば駆動信号生成部340は、パルス幅変調器342と、通電ロジック344を含む。パルス幅変調器342は、制御指令値REFに応じたデューティ比を有するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成する。   The drive signal generation unit 340 generates drive signals SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, and SWL according to the command value REF. For example, the drive signal generator 340 includes a pulse width modulator 342 and a conduction logic 344. The pulse width modulator 342 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal having a duty ratio corresponding to the control command value REF.

通電ロジック344は、CW_CCW信号にもとづいて回転方向を決定する。また通電ロジック344は、ホールコンパレータHCMPU〜HCMPWにもとづいて、駆動対象の相(駆動相)を切りかえる(転流制御)。通電方式は特に限定されないが、たとえば120度通電制御(矩形波駆動)を採用することができる。そのほか、180度通電制御(正弦波駆動)などの別の方式を採用してもよい。   The energization logic 344 determines the direction of rotation based on the CW_CCW signal. The energization logic 344 switches the phase to be driven (drive phase) based on the hall comparators HMPPU to HCMPW (commutation control). The energization method is not particularly limited, but, for example, 120 degree energization control (rectangular wave drive) can be adopted. Besides, another method such as 180 degree conduction control (sine wave drive) may be adopted.

通電ロジック344はPWM信号に応じて、駆動信号SUH,SUL,SVH,SVL,SWH,SWLのいずれかを変調する。PWM制御の方式は限定されないが、たとえばローサイ側の駆動信号SUL,SVL,SWLの論理を固定し、ハイサイドの駆動信号SUH,SVH,SWHの論理をPWM信号にもとづいて変調してもよい。反対に、ローサイドの駆動信号を変調してもよいし、両方を変調してもよい。   The energization logic 344 modulates any one of the drive signals SUH, SUL, SVH, SVL, SWH and SWL according to the PWM signal. Although the method of PWM control is not limited, for example, the logic of the drive signals SUL, SVL, SWL on the low side may be fixed, and the logic of the drive signals SUH, SVH, SWH on the high side may be modulated based on the PWM signal. Conversely, the low side drive signal may be modulated, or both may be modulated.

通電ロジック344は、OCP信号にもとづいて、パルスバイパルスの電流制限をかけてもよい。具体的には、OCP信号がアサートされると、通電中のトランジスタがターンオフするように駆動信号SUH〜SWH,SUL〜SWLを変化させる。   Energization logic 344 may apply pulse-by-pulse current limiting based on the OCP signal. Specifically, when the OCP signal is asserted, the drive signals SUH to SWH and SUL to SWL are changed such that the current-carrying transistors are turned off.

パルス幅変調器342、通電ロジック344の構成は、従来のDCモータの駆動回路のそれらと同様でよく、公知技術を用いればよい。   The configurations of the pulse width modulator 342 and the energization logic 344 may be similar to those of the drive circuit of the conventional DC motor, and known techniques may be used.

図5は、誤差検出器310の動作を説明する図である。この例では、CW_CCW信号をローとしている。クロック信号CLKのエッジが発生する度に、ターゲット値TGTが1増加し、その結果、位置誤差値ERRは1増加する。また、パルス信号EN_AとEN_Bの組み合わせによってフィードバック値FBが変化し、その結果、位置誤差値ERRが減少または増加する。   FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the error detector 310. In this example, the CW_CCW signal is low. Every time an edge of the clock signal CLK occurs, the target value TGT increases by one, and as a result, the position error value ERR increases by one. Further, the feedback value FB changes according to the combination of the pulse signals EN_A and EN_B, and as a result, the position error value ERR decreases or increases.

図6(a)〜(c)は、位置指令値生成部312の構成例を示すブロック図である。図6(a)の位置指令値生成部312は、クロック信号CLKのエッジを検出するエッジ検出回路320、エッジごとにカウントアップ/カウントダウンするカウンタ322を含む。回転方向を指示するCW_CCW信号は、カウンタ322のカウントアップ、カウントダウンの選択に用いられる。カウンタ322の出力が、ターゲット値TGTとなる。   FIGS. 6A to 6C are block diagrams showing configuration examples of the position command value generation unit 312. FIG. The position command value generation unit 312 of FIG. 6A includes an edge detection circuit 320 that detects an edge of the clock signal CLK, and a counter 322 that counts up / counts down for each edge. The CW_CCW signal that indicates the direction of rotation is used to select whether the counter 322 counts up or down. The output of the counter 322 is the target value TGT.

図6(b)の位置指令値生成部312は、演算器324、メモリ(レジスタ)325、オペコードセレクタ326を含む。演算器324は、少なくとも加算演算A+Bと、減算演算A−Bが、オペコード(OPECODE)に応じて切りかえ可能である。入力Aには、メモリ325の値(位置誤差値ERR)が入力され、入力Bには固定値1が入力される。オペコードセレクタ326は、クロック信号CLKのエッジが検出されるたびに、オペコードを発行する。オペコードは、CW_CCWが第1レベルのときに加算、CW_CCW信号が第2レベルのときに減算となる。これによりメモリ325には、クロック信号CLKのエッジの個数を積算した値が格納され、これはターゲット値TGTを表す。   The position command value generation unit 312 in FIG. 6B includes an arithmetic unit 324, a memory (register) 325, and an operation code selector 326. The operator 324 can switch at least the addition operation A + B and the subtraction operation AB in accordance with the operation code (OPECODE). The value (position error value ERR) of the memory 325 is input to the input A, and the fixed value 1 is input to the input B. Opcode selector 326 issues an opcode each time an edge of clock signal CLK is detected. The opcode is added when CW_CCW is at the first level, and subtracted when the CW_CCW signal is at the second level. Thus, a value obtained by integrating the number of edges of the clock signal CLK is stored in the memory 325, which represents the target value TGT.

図6(c)の位置指令値生成部312は、セレクタ327、加算器328、メモリ329を含む。セレクタ327には、値1と−1が入力されており、CW_CCWの値に応じた一方を選択する。加算器328はクロック信号CLKのエッジに応じて動作し、セレクタ327の出力と、メモリ329の値を加算し、加算結果によりメモリ329の値を更新する。これによりメモリ329には、クロック信号CLKのエッジの個数を積算した値が格納され、これはターゲット値TGTを表す。   The position command value generation unit 312 of FIG. 6C includes a selector 327, an adder 328, and a memory 329. The values 1 and -1 are input to the selector 327, and one of the values according to the value of CW_CCW is selected. The adder 328 operates in accordance with the edge of the clock signal CLK, adds the output of the selector 327 and the value of the memory 329, and updates the value of the memory 329 with the addition result. Thus, a value obtained by integrating the number of edges of the clock signal CLK is stored in the memory 329, which represents the target value TGT.

以上がロジック回路300の構成である。   The above is the configuration of the logic circuit 300.

実施の形態に係る駆動IC200を用いることにより、従来のシステムにおけるマイコンやCPU(図1の900)が不要となるため、ステッピングモータを安価にDCモータに置き換えることができ、システムの消費電力を低減という利点を享受できる。   By using the drive IC 200 according to the embodiment, the microcomputer and CPU (900 in FIG. 1) in the conventional system become unnecessary, so the stepping motor can be replaced with the DC motor at low cost, reducing the power consumption of the system. You can enjoy the benefits of

続いて、駆動IC200のさらなる特徴を説明する。   Subsequently, further features of the drive IC 200 will be described.

(回転制御モードと保持モード)
図7は、回転制御モードと保持モードの切り替えをサポートする駆動IC200Dのブロック図である。
(Rotation control mode and holding mode)
FIG. 7 is a block diagram of a drive IC 200D that supports switching between the rotation control mode and the holding mode.

駆動IC200Dは、誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340に加えて、モード判定部470を備える。誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340の基本的な機能、動作については、図4を参照してすでに説明した。   The drive IC 200D includes a mode determination unit 470 in addition to the error detector 310, the feedback controller 330, and the drive signal generation unit 340. The basic functions and operations of the error detector 310, the feedback controller 330 and the drive signal generator 340 have already been described with reference to FIG.

誤差検出器310は、位置指令値生成部312、位置検出値生成部314、減算器316を含む。位置指令値生成部312は、クロック信号CLKにもとづき、ロータの目標位置を示す位置指令値P_TGTを生成する。位置指令値P_TGTは、図4における位置指令値TGTに相当する。   The error detector 310 includes a position command value generation unit 312, a position detection value generation unit 314, and a subtractor 316. Position command value generation unit 312 generates position command value P_TGT indicating a target position of the rotor based on clock signal CLK. Position command value P_TGT corresponds to position command value TGT in FIG.

位置検出値生成部314は、エンコーダからのパルス信号EN_A,EN_Bにもとづき、ロータの現在位置を示す位置検出値P_FBを生成する。位置検出値P_FBは、図4のフィードバック値FBに相当する。   The position detection value generation unit 314 generates a position detection value P_FB indicating the current position of the rotor based on the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder. The position detection value P_FB corresponds to the feedback value FB of FIG.

位置指令値P_TGTおよび位置検出値P_FBは、減算器316に入力され、位置誤差値ERRが生成される。   Position command value P_TGT and position detection value P_FB are input to subtractor 316 to generate position error value ERR.

フィードバックコントローラ330は、位置検出値P_FBが位置指令値P_TGTに近づくように、すなわち位置誤差値ERRがゼロに近づくように、トルク指令値T_REFを生成する。トルク指令値T_REFは、図4における指令値REFに相当する。トルク指令値T_REFは、駆動信号生成部340に供給される。   The feedback controller 330 generates the torque command value T_REF so that the position detection value P_FB approaches the position command value P_TGT, that is, the position error value ERR approaches zero. Torque command value T_REF corresponds to command value REF in FIG. The torque command value T_REF is supplied to the drive signal generation unit 340.

駆動IC200Dは、回転制御モードと保持モードが切りかえ可能に構成される。フィードバックコントローラ330の制御特性は、回転制御モードと保持モードで異なる。   The drive IC 200D is configured to be able to switch between the rotation control mode and the holding mode. Control characteristics of the feedback controller 330 are different between the rotation control mode and the holding mode.

上述のように、フィードバックコントローラ330はPI(Proportional Integral)制御器を含むことができる。回転制御モードと保持モードでは、比例ゲインKと積分ゲインKの少なくとも一方、好ましくは両方が異なる。 As mentioned above, the feedback controller 330 can include a PI (Proportional Integral) controller. In the rotation control mode and the holding mode, at least one of the proportional gain K P and the integral gain K I is preferably different.

典型的には、保持モードにおける比例ゲインKは、回転制御モードにおける比例ゲインKと等しいか、それより小さい。また保持モードにおける積分ゲインKは、回転制御モードにおける積分ゲインKと等しいか、それより小さい。 Typically, the proportional gain K P in hold mode is equal to or less than the proportional gain K P in rotational control mode. The integral gain K I in the holding mode, or equal to the integral gain K I in the rotation control mode is smaller than that.

モード判定部470は、クロック信号CKの入力状態にもとづいて、回転制御モードと保持モードを判定する。モード判定部470は、クロック信号CLKの無入力状態が所定時間持続すると、回転制御モードから保持モードに移行する。また、保持モードにおいてクロック信号CLKのエッジを検出すると、直ちに回転制御モードに移行する。   Mode determination unit 470 determines the rotation control mode and the hold mode based on the input state of clock signal CK. Mode determination unit 470 shifts from the rotation control mode to the holding mode when the no-input state of clock signal CLK continues for a predetermined time. In addition, when the edge of the clock signal CLK is detected in the holding mode, the rotation control mode is immediately entered.

以上が駆動IC200Dの基本構成である。駆動IC200Dによれば、回転制御モードでは、クロック信号CLKにもとづく回転指令に対する追従性を重視した制御パラメータを与え、保持モードでは、追従性ではなく、安定性を重視した制御パラメータを与えることで、DCモータをステッピングモータのように駆動することが可能となる。   The above is the basic configuration of the drive IC 200D. According to drive IC 200D, in the rotation control mode, a control parameter giving priority to followability to a rotation command based on clock signal CLK is given, and in the hold mode, a control parameter giving importance not to followability but stability. It becomes possible to drive the DC motor like a stepping motor.

回転制御モードと保持モードが切り替わる際には、PIコントローラにおける積分値をゼロリセットすることが好ましい。これにより制御パラメータ切りかえにともなう不要振動の誘起、安定化時間の長期化を抑制できる。   When the rotation control mode and the holding mode are switched, it is preferable to reset the integrated value in the PI controller to zero. As a result, it is possible to suppress the induction of unnecessary vibration accompanying the switching of control parameters and the prolongation of the stabilization time.

さらに回転制御モードと保持モードとで、駆動信号生成部340(通電ロジック344)の動作、すなわち駆動信号の生成方法が異なっていてもよい。   Furthermore, the operation of the drive signal generator 340 (energization logic 344), that is, the method of generating the drive signal may be different between the rotation control mode and the holding mode.

たとえば駆動信号生成部340は、回転制御モードにおいては、CW_CCW信号に応じて回転方向を決定し、トルク指令値T_REFが正である場合に、トルク指令値T_REFに応じたデューティ比で、DCモータをPWM駆動する。トルク指令値T_REFが負である場合には、ドライバ106をハイインピーダンスとし、空転制御を行う。   For example, in the rotation control mode, drive signal generation unit 340 determines the rotation direction according to the CW_CCW signal, and when torque command value T_REF is positive, the DC motor is operated at a duty ratio according to torque command value T_REF. PWM drive. When the torque command value T_REF is negative, the driver 106 is set to high impedance to perform idling control.

また駆動信号生成部340は、保持モードにおいては、CW_CCW信号に関わらず、トルク指令値T_REFの符号(正負)に応じて、回転方向を決定する。これによりより正確にロータの位置を固定することができる。   Further, in the holding mode, drive signal generation unit 340 determines the rotation direction according to the sign (positive or negative) of torque command value T_REF regardless of the CW_CCW signal. Thereby, the position of the rotor can be fixed more accurately.

図8は、駆動IC200Dの構成例を示すブロック図である。たとえばモード判定部470は、カウンタ472、ステートマシン474を含む。カウンタ472はクロック信号CLKの無入力状態の持続時間を測定し、無入力時間が所定時間τを超えるとタイムアップ信号TIMEUP1をアサート(たとえばハイ)する。 FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the drive IC 200D. For example, mode determination unit 470 includes a counter 472 and a state machine 474. Counter 472 measures the duration of the no-input state of the clock signal CLK, and no input time the asserted (e.g. high) time-up signal TIMEUP1 exceeds a predetermined time tau 1.

カウンタ472の構成は特に限定されないが、たとえばクロック信号CLKのポジエッジによってリセットされるフリーランカウンタで構成してもよい。カウンタ472は、カウント値が判定時間τに対応するしきい値THに達すると(オーバーフロー)、タイムアップ信号TIMEUP1をアサートする。 Although the configuration of counter 472 is not particularly limited, it may be formed of, for example, a free run counter reset by the positive edge of clock signal CLK. Counter 472, the count value reaches the threshold value TH 1 corresponding to the determined time tau 1 (overflow), and asserts a time-up signal TIMEUP1.

ステートマシン474は、タイムアップ信号TIMEUP1のアサートに応答して保持モードに移行する。またステートマシン474は、保持モードにおいてクロック信号CLKのエッジを検出すると、直ちに回転制御モードに移行する。   The state machine 474 shifts to the holding mode in response to the assertion of the time-up signal TIMEUP1. The state machine 474 immediately shifts to the rotation control mode when it detects an edge of the clock signal CLK in the hold mode.

フィードバックコントローラ330は、第1コントローラ332、第2コントローラ334、セレクタ336を含む。第1コントローラ332は回転制御モードに関連し、トルク指令値T_REF1を生成する。第2コントローラ334は、保持モードに関連し、トルク指令値T_REF2を生成する。上述のように、第1コントローラ332と第2コントローラ334は、比例ゲイン、積分ゲインの少なくとも一方が異なっている。   The feedback controller 330 includes a first controller 332, a second controller 334, and a selector 336. The first controller 332 is associated with the rotation control mode and generates a torque command value T_REF1. The second controller 334 is associated with the holding mode and generates a torque command value T_REF2. As described above, in the first controller 332 and the second controller 334, at least one of the proportional gain and the integral gain is different.

セレクタ336は、トルク指令値T_REF1,T_REF2を受け、現在のモードに応じた一方を選択し、トルク指令値T_REFとして後段の駆動信号生成部340に供給する。   The selector 336 receives the torque command values T_REF1 and T_REF2, selects one according to the current mode, and supplies the selected one as the torque command value T_REF to the drive signal generation unit 340 in the subsequent stage.

またステートマシン474は、モードの遷移ごとにリセット信号RESETを出力する。
第1コントローラ332、第2コントローラ334は、リセット信号RESETに応答して、積分値をゼロリセットする。
The state machine 474 also outputs a reset signal RESET at each mode transition.
The first controller 332 and the second controller 334 reset the integrated value to zero in response to the reset signal RESET.

第1コントローラ332は保持モードの間、停止しておいてもよいし、動作し続けてもよい。また第2コントローラ334は、回転制御モードの間に、停止しておいてもよいし動作し続けてもよい。   The first controller 332 may be stopped during the holding mode or may continue to operate. In addition, the second controller 334 may be stopped or kept operating during the rotation control mode.

図8に示すように、2系統のコントローラ332,334を設けることで、回転制御モードと保持モードとをシームレスに切り替えることができる。   As shown in FIG. 8, the rotation control mode and the holding mode can be switched seamlessly by providing the two systems of controllers 332 and 334.

図9は、図8の駆動IC200Dのモードの移行を説明するタイムチャートである。クロック信号CLKが入力される間、回転制御モードが選択されており、第1コントローラ332が生成するトルク指令値T_REF1にもとづいてDCモータが制御される。   FIG. 9 is a time chart for explaining the transition of the mode of the drive IC 200D of FIG. While the clock signal CLK is input, the rotation control mode is selected, and the DC motor is controlled based on the torque command value T_REF1 generated by the first controller 332.

カウンタ472は、駆動IC200Dに内蔵されるオシレータが生成する内部クロックCKSYSを利用して、フリーランしている。クロック信号CLKが停止すると、カウンタ472がリセットされずにカウントアップし続ける。時刻tにカウント値がしきい値THに達すると、タイムアップ信号TIMEUP1がアサートされて、保持モードに移行する。 The counter 472 is free-running using an internal clock CK SYS generated by an oscillator incorporated in the drive IC 200D. When the clock signal CLK stops, the counter 472 continues to count up without being reset. When the count value at time t 1 reaches the threshold TH 1, the time-up signal TIMEUP1 is asserted, the process proceeds to the holding mode.

保持モードでは、第2コントローラ334が生成するトルク指令値T_REF2にもとづいてDCモータが制御される。   In the holding mode, the DC motor is controlled based on the torque command value T_REF2 generated by the second controller 334.

時刻tに、上位コントローラからクロック信号CLKが再入力されると、回転制御モードに戻り、第1コントローラ332が生成するトルク指令値T_REF1にもとづいてDCモータが制御される。 To time t 2, the clock signal CLK from the host controller is re-entered, to return to the rotation control mode, DC motor is controlled based on the torque command value T_REF1 the first controller 332 generates.

回転制御モードと保持モードの切りかえに関する変形例を説明する。   A modification of switching between the rotation control mode and the holding mode will be described.

(変形例1)
回転制御モードと保持モードとで、PI制御器のゲインを切りかえる場合を説明したが、その限りでない。たとえば回転制御モードと保持モードとで、制御の方式(P制御、PI制御、PID制御)が異なっていてもよい。
(Modification 1)
Although the case of switching the gain of the PI controller in the rotation control mode and the holding mode has been described, it is not limited thereto. For example, control methods (P control, PI control, PID control) may be different between the rotation control mode and the holding mode.

(変形例2)
回転制御モードと保持モードとで、演算周期(ΔT)が異なっていてもよい。すなわち保持モードでは、演算周期ΔTを長くし、回転制御モードでは演算周期ΔTを短くしてもよい。
(Modification 2)
The calculation cycle (ΔT) may be different between the rotation control mode and the holding mode. That is, in the holding mode, the operation cycle ΔT may be extended, and in the rotation control mode, the operation cycle ΔT may be shortened.

(変形例3)
駆動IC200Dが、後述の休止モードをサポートし、後述のカウンタ450(図11)が設けられる場合、カウンタ472はカウンタ450と兼用とすることができる。また、カウンタ472における判定時間τは、カウンタ450における判定時間τと同一か、それより短く設定される。
(Modification 3)
The counter 472 can be shared with the counter 450 when the drive IC 200D supports the sleep mode described later and the counter 450 (FIG. 11) described later is provided. Further, the determination time τ 1 in the counter 472 is set equal to or shorter than the determination time τ 2 in the counter 450.

(変形例4)
図10は、変形例4に係る駆動IC200Dの一部のブロック図である。この変形例では、フィードバックコントローラ330は、単一のPIコントローラ338を含む。PIコントローラ338の比例ゲインKと積分ゲインKは、回転制御モード用の値KP1,KI1と、保持モード用の値KP2,KI2が別々に用意され、モード判定部470が指示するモードに応じた値のセットが、PIコントローラ338にロードされ、ゲインが変更される。またPIコントローラ338の積分値を保持するメモリ339の値は、モード判定部470が生成するリセット信号RESETに応じてゼロとなる。
(Modification 4)
FIG. 10 is a block diagram of part of a drive IC 200D according to the fourth modification. In this variation, feedback controller 330 includes a single PI controller 338. As proportional gain K P and integral gain K I of PI controller 338, values K P1 and K I1 for rotation control mode and values K P2 and K I2 for holding mode are prepared separately, and mode judgment unit 470 instructs The set of values according to the mode to be loaded is loaded into the PI controller 338 and the gain is changed. Further, the value of the memory 339 holding the integral value of the PI controller 338 becomes zero in response to the reset signal RESET generated by the mode determination unit 470.

(変形例5)
クロック信号CLKの有無によってモードを切り替えたがその限りでない。上位コントローラから駆動IC200Dに対して、モードを指示する信号を与え、この信号に応じてモードを切り替えてもよい。
(Modification 5)
The mode is switched depending on the presence or absence of the clock signal CLK, but this is not the case. A signal indicating a mode may be given from the host controller to the drive IC 200D, and the mode may be switched according to this signal.

(休止モード)
図11は、休止モードをサポートする駆動IC200Cの一部のブロック図である。駆動IC200Cは、誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340に加えて、カウンタ450、休止モード判定部460を備える。誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340の主な機能、動作については、図4を参照してすでに説明した。
(Pause mode)
FIG. 11 is a block diagram of a portion of a drive IC 200C that supports sleep mode. The drive IC 200C includes a counter 450 and a pause mode determination unit 460 in addition to the error detector 310, the feedback controller 330, and the drive signal generation unit 340. The main functions and operations of the error detector 310, the feedback controller 330, and the drive signal generator 340 have already been described with reference to FIG.

誤差検出器310は、位置指令値生成部312、位置検出値生成部314、減算器316を含む。位置指令値生成部312は、クロック信号CLKにもとづき、ロータの目標位置を示す位置指令値P_TGTを生成する。位置指令値P_TGTは、図4における位置指令値TGTに相当する。   The error detector 310 includes a position command value generation unit 312, a position detection value generation unit 314, and a subtractor 316. Position command value generation unit 312 generates position command value P_TGT indicating a target position of the rotor based on clock signal CLK. Position command value P_TGT corresponds to position command value TGT in FIG.

位置検出値生成部314は、エンコーダからのパルス信号EN_A,EN_Bにもとづき、ロータの現在位置を示す位置検出値P_FBを生成する。位置検出値P_FBは、図4のフィードバック値FBに相当する。   The position detection value generation unit 314 generates a position detection value P_FB indicating the current position of the rotor based on the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder. The position detection value P_FB corresponds to the feedback value FB of FIG.

位置指令値P_TGTおよび位置検出値P_FBは、減算器316に入力され、位置誤差値ERRが生成される。   Position command value P_TGT and position detection value P_FB are input to subtractor 316 to generate position error value ERR.

フィードバックコントローラ330は、位置検出値P_FBが位置指令値P_TGTに近づくように、すなわち位置誤差値ERRがゼロに近づくように、トルク指令値T_REFを生成する。トルク指令値T_REFは、図4における指令値REFに相当する。トルク指令値T_REFは、駆動信号生成部340に供給される。   The feedback controller 330 generates the torque command value T_REF so that the position detection value P_FB approaches the position command value P_TGT, that is, the position error value ERR approaches zero. Torque command value T_REF corresponds to command value REF in FIG. The torque command value T_REF is supplied to the drive signal generation unit 340.

DCモータを回転させる必要がない状況では、上位コントローラからのクロック信号CLKが停止する。そこで駆動IC200Cは、クロック信号CLKの無入力状態が所定時間(判定時間τという)持続したことを条件として、少なくとも一部の回路ブロックの動作が停止する休止モードに移行する。判定時間は、レジスタを利用して設定可能としてもよい。 In a situation where it is not necessary to rotate the DC motor, the clock signal CLK from the host controller is stopped. So drive IC200C is no input of the clock signal CLK as a condition for a predetermined time (referred judgment time tau 2) that sustained, the operation of at least some of the circuit blocks is transferred to sleep mode to stop. The determination time may be settable using a register.

カウンタ450は、クロック信号CLKを受け、クロック信号CLKの無入力状態が判定時間τ持続すると、タイムアップ信号TIMEUP2をアサート(たとえばハイ)する。カウンタ450は、クロック信号CLKの無入力状態の検出以外の目的で設けられたカウンタを流用してもよい。 Counter 450 receives a clock signal CLK, when the no-input state of the clock signal CLK judgment time tau 2 lasts, asserts a time-up signal TIMEUP2 (e.g. high). The counter 450 may use a counter provided for purposes other than the detection of the non-input state of the clock signal CLK.

カウンタ450の構成は特に限定されないが、たとえばクロック信号CLKのポジエッジによってリセットされるフリーランカウンタで構成してもよい。カウンタ450は、カウント値が判定時間に対応するしきい値THに達すると(オーバーフロー)、タイムアップ信号TIMEUP2をアサートする。 The configuration of counter 450 is not particularly limited, but may be a free run counter that is reset by the positive edge of clock signal CLK, for example. Counter 450 reaches the threshold TH 2 the count value corresponding to the determined time (overflow), and asserts a time-up signal TIMEUP2.

休止モード判定部460は、タイムアップ信号TIMEUP2のアサートを条件のひとつとして、休止モードに移行する。   The sleep mode determination unit 460 transitions to the sleep mode under assertion of the time-up signal TIMEUP2 as one of the conditions.

図12は、休止モードへの移行を説明するタイムチャートである。カウンタ450は、駆動IC200Cに内蔵されるオシレータが生成する内部クロックCKSYSを利用して、フリーランしている。クロック信号CLKが停止すると、カウンタ450がリセットされずにカウントアップし続ける。時刻tにカウント値がしきい値THに達すると、タイムアップ信号TIMEUP2がアサートされて、休止モードに移行する。 FIG. 12 is a time chart illustrating the transition to the sleep mode. The counter 450 is free-running using an internal clock CK SYS generated by an oscillator incorporated in the drive IC 200C. When the clock signal CLK stops, the counter 450 continues to count up without being reset. When the time t 1 the count value reaches the threshold TH, the time-up signal TIMEUP2 is asserted, the process proceeds to sleep mode.

駆動IC200Cを用いることで、DCモータの停止を維持すべき状態において、駆動IC200Cの消費電力を低減できる。   By using the drive IC 200C, the power consumption of the drive IC 200C can be reduced in a state in which the stop of the DC motor should be maintained.

休止モードでは、カウンタ450を停止することができる。カウンタ450をフリーランし続けると無駄な電力を消費するところ、一旦、休止モードに移行した後は、クロック信号CLKの無入力状態を測定する必要がないため、カウンタ450を停止させることで消費電力を低減できる。   In the sleep mode, the counter 450 can be stopped. Continued free running of the counter 450 consumes wasteful power, but once it has entered the sleep mode, there is no need to measure the no-input state of the clock signal CLK, so stopping the counter 450 will reduce power consumption. Can be reduced.

休止モードの間、システムクロックCKSYSが使用されない場合、システムクロックCKSYSを生成するオシレータ(図2のオシレータ288)をさらに停止することができる。 During the idle mode, if the system clock CK SYS is not used, it is possible further to stop the oscillator (oscillator 288 of FIG. 2) for generating a system clock CK SYS.

また、DCモータの停止が持続した状態で、フィードバックコントローラ330や駆動信号生成部340を休止せずに、サーボをかけ続けると無駄な電力が消費する。そこで駆動IC200Cは、休止モードにおいて、DCモータへの通電を停止するとよい。この場合、フィードバックコントローラ330や駆動信号生成部340を停止することでさらに消費電力を低減できる。   In addition, in the state where the stop of the DC motor continues, if the servo is continued without stopping the feedback controller 330 or the drive signal generation unit 340, useless power is consumed. Therefore, the drive IC 200C may stop the energization of the DC motor in the pause mode. In this case, power consumption can be further reduced by stopping the feedback controller 330 and the drive signal generation unit 340.

なお、DCモータに外力が加わるようなアプリケーションでは、サーボを切った状態で外力が加わると、ロータが回転してしまい、位置指令値P_TGTが示す目標位置からずれる場合がある。この場合には、目標位置に戻すようにDCモータを駆動する必要がある。そこで、休止モード判定部460は、位置誤差値ERRを監視し、クロック信号CLKの無入力状態が所定時間持続したことに加えて、位置誤差値ERRがゼロであることを条件として、休止モードに移行してもよい。休止モードの間、トルクを発生する必要がない状況では、フィードバックコントローラ330や駆動信号生成部340をさらに停止することができる。
位置誤差値ERRがゼロである場合には、それ以上、DCモータを駆動する必要は無いため、カウンタに加えて、その他の不要な回路ブロックを停止することが可能となる。
In an application where an external force is applied to the DC motor, when an external force is applied while the servo is off, the rotor may rotate and may deviate from the target position indicated by the position command value P_TGT. In this case, it is necessary to drive the DC motor to return to the target position. Therefore, the pause mode determination unit 460 monitors the position error value ERR, and enters the pause mode on the condition that the position error value ERR is zero in addition to the fact that the no-input state of the clock signal CLK continues for a predetermined time. You may migrate. The feedback controller 330 and the drive signal generator 340 can be further stopped in a situation where it is not necessary to generate torque during the pause mode.
When the position error value ERR is zero, it is not necessary to drive the DC motor any more, so it is possible to stop other unnecessary circuit blocks in addition to the counter.

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力であり、かつ位置誤差値ERRがゼロの状態が所定時間持続した場合に、休止モードに移行してもよい。   In one embodiment, when the clock signal CLK is not input and the state where the position error value ERR is zero continues for a predetermined time, the sleep mode may be entered.

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力の状態が第1時間持続した後、位置誤差値ERRゼロである期間に、休止モードとなってもよい。   In one embodiment, after the first state where the clock signal CLK is not input lasts for a first time, it may be in the sleep mode during a period in which the position error value ERR is zero.

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力の状態が第1時間持続し、その後、位置誤差値ERRがゼロの状態が第2時間持続すると、休止モードに移行してもよい。   In one embodiment, when the clock signal CLK is not input for the first time and then the position error value ERR is zero for the second time, the sleep mode may be entered.

一実施例において、休止モード判定部460は、位置誤差値ERRに加えて、またはそれに代えて、トルク指令値T_REFを監視してもよい。位置誤差値ERRのゼロが持続すると、やがてトルク指令値T_REFもゼロとなる。そこで、休止モード判定部460は、トルク指令値T_REFを監視し、クロック信号CLKの無入力状態が所定時間持続したことに加えて、トルク指令値T_REFがゼロであることを条件として、休止モードに移行して、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340を停止してもよい。   In one embodiment, idle mode determination unit 460 may monitor torque command value T_REF in addition to or instead of position error value ERR. When the position error value ERR continues to be zero, the torque command value T_REF also becomes zero eventually. Therefore, the pause mode determination unit 460 monitors the torque command value T_REF, and enters the pause mode on condition that the torque command value T_REF is zero in addition to the non-input state of the clock signal CLK continuing for a predetermined time. After the transition, the feedback controller 330 and the drive signal generator 340 may be stopped.

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力であり、かつトルク指令値T_REFがゼロの状態が所定時間持続した場合に、休止モードに移行し、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340を停止する。   In one embodiment, when the clock signal CLK is not input and the state of the torque command value T_REF is zero continues for a predetermined time, transition to the pause mode is performed, and the feedback controller 330 and the drive signal generation unit 340 are stopped. .

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力の状態が第1時間持続した後、トルク指令値T_REFがゼロである期間中に、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340を停止してもよい。   In one embodiment, the feedback controller 330 and the drive signal generator 340 may be stopped during a period in which the torque command value T_REF is zero after the non-input state of the clock signal CLK continues for the first time.

一実施例においては、クロック信号CLKが無入力の状態が第1時間持続し、その後、トルク指令値T_REFがゼロの状態が第2時間持続すると、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340を停止してもよい。   In one embodiment, when the state where the clock signal CLK is not input lasts for the first time and the state where the torque command value T_REF is zero continues for the second time, the feedback controller 330 and the drive signal generator 340 are stopped. May be

一実施例において、トルク指令値T_REFと位置誤差値ERRの両方がゼロであることを条件として、休止モードに移行してもよい。   In one embodiment, on the condition that both the torque command value T_REF and the position error value ERR are zero, transition to the pause mode may be performed.

また休止モードの間、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340に加えて、誤差検出器310を停止してもよい。これによりさらに消費電力を低減できる。   In addition to the feedback controller 330 and the drive signal generator 340, the error detector 310 may be stopped during the pause mode. This can further reduce power consumption.

図11には図示しないが、駆動IC200Cは、クロック信号CLKの周波数(周期)にもとづいて速度指令値を検出する回路(図13の速度指令値生成部414)や、エンコーダからのパルス信号EN_A,EN_Bの周波数(周期)にもとづいて、現在のモータの回転速度を検出する回路(図13の速度検出値生成部424)が設けられる場合もある。この場合には、休止モード中、これらの検出回路を停止してもよい。   Although not illustrated in FIG. 11, the drive IC 200C detects a speed command value based on the frequency (period) of the clock signal CLK (speed command value generation unit 414 in FIG. 13) or the pulse signal EN_A from the encoder. There is also a case where a circuit (speed detection value generation unit 424 in FIG. 13) for detecting the current rotation speed of the motor is provided based on the frequency (period) of EN_B. In this case, these detection circuits may be stopped during the sleep mode.

続いて、休止モードから通常モードへの復帰を説明する。
駆動IC200Cは、休止モードにおいて、クロック信号CLKの入力が検出されると直ちに通常のモードに復帰してもよい。
Subsequently, return from the sleep mode to the normal mode will be described.
In the sleep mode, drive IC 200C may return to the normal mode as soon as the input of clock signal CLK is detected.

また駆動IC200Cは、位置誤差値ERRあるいはトルク指令値T_REFが非ゼロとなってことを条件として、直ちに通常のモードに復帰してもよい。   The drive IC 200C may immediately return to the normal mode on condition that the position error value ERR or the torque command value T_REF becomes nonzero.

復帰に際しては、速度指令値とトルク指令値の少なくとも一方を、任意の値にリセット可能とすることが望ましい。これにより、復帰直後における回転速度やトルクを自由に決めることができ、DCモータを円滑に再始動させることができる。   At the time of return, it is desirable that at least one of the speed command value and the torque command value can be reset to any value. As a result, the rotational speed and torque immediately after the return can be freely determined, and the DC motor can be smoothly restarted.

(ショートブレーキ)
図13は、ショートブレーキ機能を備える駆動IC200Bの一部のブロック図である。駆動IC200Bは、誤差検出器310B、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340に加えて、ブレーキコントローラ430を備える。誤差検出器310、フィードバックコントローラ330、駆動信号生成部340の主な機能、動作については、図4を参照してすでに説明した。
(Short brake)
FIG. 13 is a block diagram of a portion of a drive IC 200B having a short brake function. The drive IC 200B includes a brake controller 430 in addition to the error detector 310B, the feedback controller 330, and the drive signal generator 340. The main functions and operations of the error detector 310, the feedback controller 330, and the drive signal generator 340 have already been described with reference to FIG.

誤差検出器310Bは、第1検出回路410、第2検出回路420、減算器316を含む。第1検出回路410は、クロック信号CLKにもとづき、ロータの目標位置を示す位置指令値P_TGTと、ロータの目標回転数を示す速度指令値V_TGTと、を生成する。位置指令値P_TGTは、図4における位置指令値TGTに相当する。速度指令値V_TGTは、クロック信号CLKの周波数に比例し、言い換えればクロック信号CLKの周期に反比例する。   The error detector 310 B includes a first detection circuit 410, a second detection circuit 420, and a subtractor 316. The first detection circuit 410 generates a position command value P_TGT indicating the target position of the rotor and a speed command value V_TGT indicating the target number of rotations of the rotor based on the clock signal CLK. Position command value P_TGT corresponds to position command value TGT in FIG. Speed command value V_TGT is proportional to the frequency of clock signal CLK, in other words, inversely proportional to the cycle of clock signal CLK.

第2検出回路420は、エンコーダからのパルス信号EN_A,EN_Bにもとづき、ロータの現在位置を示す位置検出値P_FBと、ロータの現在の回転速度を示す速度検出値V_FBと、を生成する。位置検出値P_FBは、図4において単にフィードバック値FBとして示される。速度検出値V_FBは、パルス信号EN_A,EN_Bの周波数に比例し、言い換えればパルス信号EN_A,EN_Bの周期に反比例する。   The second detection circuit 420 generates a position detection value P_FB indicating the current position of the rotor and a speed detection value V_FB indicating the current rotation speed of the rotor based on the pulse signals EN_A and EN_B from the encoder. The position detection value P_FB is simply shown as a feedback value FB in FIG. The speed detection value V_FB is proportional to the frequency of the pulse signals EN_A and EN_B, in other words, inversely proportional to the period of the pulse signals EN_A and EN_B.

位置指令値P_TGTおよび位置検出値P_FBは、減算器316に入力され、位置誤差値ERRが生成される。また位置指令値P_TGTおよび位置検出値P_FBは、速度指令値V_TGTおよび速度検出値V_FBとともに、ブレーキコントローラ430に供給される。   Position command value P_TGT and position detection value P_FB are input to subtractor 316 to generate position error value ERR. Further, the position command value P_TGT and the position detection value P_FB are supplied to the brake controller 430 together with the speed command value V_TGT and the speed detection value V_FB.

フィードバックコントローラ330は、位置検出値P_FBが位置指令値P_TGTに近づくように、すなわち位置誤差値ERRがゼロに近づくように、トルク指令値T_REFを生成する。トルク指令値T_REFは、図4における指令値REFに相当する。トルク指令値T_REFは、駆動信号生成部340に供給されるとともに、ブレーキコントローラ430にも供給される。   The feedback controller 330 generates the torque command value T_REF so that the position detection value P_FB approaches the position command value P_TGT, that is, the position error value ERR approaches zero. Torque command value T_REF corresponds to command value REF in FIG. The torque command value T_REF is supplied to the drive signal generation unit 340 and is also supplied to the brake controller 430.

ブレーキコントローラ430は、位置検出値P_FB、位置指令値P_TGT、速度検出値V_FB、速度指令値V_TGT、トルク指令値T_REFにもとづいて、ブレーキ制御を行う。   The brake controller 430 performs brake control based on the position detection value P_FB, the position command value P_TGT, the speed detection value V_FB, the speed command value V_TGT, and the torque command value T_REF.

具体的には、位置検出値P_FBが位置指令値P_TGTより大きく(すなわち位置超過)、速度検出値V_FBが速度指令値V_TGTより大きく(すなわち速度超過)、かつトルク指令値T_REFが負であるときに、ブレーキ信号BRAKEをアサート(たとえばハイレベル)し、駆動信号生成部340にショートブレーキをかけるように指示する。   Specifically, when position detection value P_FB is larger than position command value P_TGT (ie, position excess), speed detection value V_FB is larger than speed command value V_TGT (ie, speed excess), and torque command value T_REF is negative. , Asserts the brake signal BRAKE (for example, high level), and instructs the drive signal generator 340 to apply a short brake.

ショートブレーキの条件がすべて成立しない場合、すなわちトルクが負であるが、位置超過が発生していない場合には、ドライバ106の出力をハイインピーダンスとする(空転制御)。   If all the conditions for the short brake are not satisfied, that is, if the torque is negative but the position excess is not generated, the output of the driver 106 is made high impedance (slip control).

ブレーキをかける条件は以下の3つである。
(条件1) 位置超過 P_FB>P_TGT
(条件2) 速度超過 V_FB>V_TGT
(条件3) T_REF<0
The conditions for applying the brake are the following three.
(Condition 1) Over position P_FB> P_TGT
(Condition 2) Overspeed V_FB> V_TGT
(Condition 3) T_REF <0

なお、マージンを考慮して、条件を以下のように定めてもよい。
(条件1) 位置超過 P_FB>P_TGT+ΔP
(条件2) 速度超過 V_FB>V_TGT+ΔV
(条件3) T_REF<−ΔT
ΔP,ΔV,ΔTはマージンである。
The condition may be set as follows in consideration of the margin.
(Condition 1) Over position P_FB> P_TGT + ΔP
(Condition 2) Overspeed V_FB> V_TGT + ΔV
(Condition 3) T_REF <-ΔT
ΔP, ΔV, ΔT are margins.

図14は、ブレーキコントローラ430のブロック図である。ブレーキコントローラ430は、位置超過判定部432、速度超過判定部434、負トルク判定部436および論理ゲート438を含んでもよい。   FIG. 14 is a block diagram of the brake controller 430. The brake controller 430 may include a position excess determination unit 432, a speed excess determination unit 434, a negative torque determination unit 436, and a logic gate 438.

位置超過判定部432は、条件1が満たされると、位置超過信号S1をアサート(たとえばハイ)する。速度超過判定部434は、条件2が満たされると、速度超過信号S2をアサートする。負トルク判定部436は、条件3が満たされると、負トルク判定信号S3をアサートする。論理ゲート438は、たとえばANDゲートであり、3つの条件が同時に成立すると、ブレーキ信号BRAKEをアサートする。   When the condition 1 is satisfied, the position excess determination unit 432 asserts (for example, high) the position excess signal S1. When the condition 2 is satisfied, the overspeed determination unit 434 asserts the overspeed signal S2. When the condition 3 is satisfied, the negative torque determination unit 436 asserts the negative torque determination signal S3. Logic gate 438 is an AND gate, for example, and asserts brake signal BRAKE when three conditions are met simultaneously.

図15(a)、(b)は、ブレーキコントローラ430の動作を説明する図である。はじめに図15(a)を参照して位置超過を説明する。簡単のために初期状態において位置指令値P_TGT、位置検出値P_FBはともにゼロである。クロック信号CLKのポジエッジごとに、位置指令値P_TGTは増大する。またエンコーダからのパルス信号EN_A(EN_B)のパルスごとに、位置検出値P_FBは増大する。位置超過判定部432は、P_FB>P_TGTとなると、言い換えるとERR<0となると、位置超過信号S1をアサートする。位置超過の発生は、減算器316の出力である位置誤差値ERRにもとづいて検出してもよい。   FIGS. 15A and 15B illustrate the operation of the brake controller 430. FIG. First, the positional excess will be described with reference to FIG. For the sake of simplicity, the position command value P_TGT and the position detection value P_FB are both zero in the initial state. Position command value P_TGT increases for each positive edge of clock signal CLK. The position detection value P_FB increases with each pulse of the pulse signal EN_A (EN_B) from the encoder. If P_FB> P_TGT, that is, if ERR <0, the position excess determination unit 432 asserts the position excess signal S1. The occurrence of position excess may be detected based on the position error value ERR which is the output of the subtractor 316.

図15(b)を参照して速度超過を説明する。速度指令値V_TGTは、クロック信号CLKの周波数fCKに比例し、クロック信号CLKの周期1/fCKに反比例する。同様に速度検出値V_FBは、エンコーダからのパルス信号EN_Aの周波数fFBに比例し、パルス信号EN_Aの周期1/fFBに反比例する。速度超過判定部434は、サイクルごとに対応する周波数fCKとfFB、言い換えれば周期1/fCK,1/fFBを比較し、fFB>fCKのとき、言い換えれば1/fFB<1/fCKのときに、速度超過信号S2をアサートする。 Overspeed will be described with reference to FIG. Speed command value V_TGT is proportional to frequency f CK of clock signal CLK, and inversely proportional to period 1 / f CK of clock signal CLK. Similarly, the speed detection value V_FB is proportional to the frequency f FB of the pulse signal EN_A from the encoder and inversely proportional to the period 1 / f FB of the pulse signal EN_A. The speed excess determination unit 434 compares the frequencies f CK and f FB corresponding to each cycle, in other words, the cycles 1 / f CK and 1 / f FB , and when f FB > f CK , in other words, 1 / f FB < At 1 / f CK , the overspeed signal S2 is asserted.

図13に戻る。ブレーキ信号BRAKEのアサートに応答して駆動信号生成部340は、U相、V相、W相のハイサイドトランジスタがすべてオンし、ローサイドトランジスタがすべてオフするように(あるいはその逆にローサイドトランジスタがすべてオン、ハイサイドトランジスタがすべてオフするように)、駆動信号SUH,SUL,SVH,SVL,SWH,SWLを遷移させる。   It returns to FIG. In response to the assertion of the brake signal BRAKE, the drive signal generator 340 turns on all high side transistors of U phase, V phase and W phase and turns off all low side transistors (or vice versa, all low side transistors). The drive signals SUH, SUL, SVH, SVL, SWH, SWL are made to transition so that all the high side transistors are turned off).

以上が駆動IC200Bの構成である。
モータ駆動システム100においては、上位コントローラからのクロック信号CLKの周波数の低下が減速指令を意味する。駆動IC200Bは、クロック信号CLKの周波数の低下を条件とするのではなく、上述の条件1〜3の成立を条件として、ブレーキをかける。これにより、DCモータを正確に減速させることができる。
The above is the configuration of the drive IC 200B.
In the motor drive system 100, a decrease in the frequency of the clock signal CLK from the host controller means a deceleration command. The drive IC 200B applies a brake not on condition of the reduction of the frequency of the clock signal CLK but on condition of the above-mentioned conditions 1 to 3. Thereby, the DC motor can be decelerated accurately.

なお、条件1〜3のすべてではなく条件1と3の成立、すなわち、位置超過とトルクが負であることを条件として、ブレーキをかけてもよい。この場合、速度指令値および速度検出値の生成回路を省略できる。   Note that the brake may be applied on the condition that the conditions 1 and 3 are not satisfied but all of the conditions 1 to 3, that is, the position excess and the torque are negative. In this case, a circuit for generating the speed command value and the speed detection value can be omitted.

(PIコントローラ)
ステッピングモータを駆動するプラットフォームにおいては、停止したステッピングモータを回転させる際に、モータの回転数の指令値に相当するクロック信号CLKの周波数をいきなり高い周波数とすると、脱調するおそれがある。
(PI controller)
In the platform for driving the stepping motor, when the stopped stepping motor is rotated, if the frequency of the clock signal CLK corresponding to the command value of the number of revolutions of the motor is made a high frequency, the motor may be out of step.

そこで多くのプラットフォームでは、ステッピングモータの回転開始時に、クロック信号CLKの周波数を時間とともに緩やかに上昇させる場合が多い。反対に、定速回転するステッピングモータを停止させる際には、クロック信号CLKの周波数(以下、クロック周波数fCKという)を時間とともに緩やかに低下させる場合が多い。したがってクロック周波数fCKは、ステッピングモータの、停止、定速回転、停止の1サイクルにおいて、台形波あるいはそれに類する波形(以下、単に台形波と総称する)にしたがって変化する場合が多い。 Therefore, in many platforms, at the start of rotation of the stepping motor, the frequency of the clock signal CLK is often gradually increased with time. On the other hand, when stopping the stepping motor rotating at a constant speed, the frequency of the clock signal CLK (hereinafter referred to as clock frequency fCK ) is often gradually decreased with time. Therefore, the clock frequency fCK often changes in accordance with a trapezoidal wave or a similar waveform (hereinafter simply referred to as a trapezoidal wave) in one cycle of stop, constant speed rotation and stop of the stepping motor.

本実施の形態のように、ステッピングモータをDCモータに置換したプラットフォームにおいても、上位コントローラ104からのクロック周波数fCKは、台形波状に変化することが想定される。図16は、クロック信号CLKの周波数fCKの波形図である。(i)〜(iii)は、定速時の回転数が異なることを示す。 Even in the platform in which the stepping motor is replaced with the DC motor as in the present embodiment, the clock frequency f CK from the upper controller 104 is assumed to change in a trapezoidal wave shape. FIG. 16 is a waveform diagram of the frequency f CK of the clock signal CLK. (I) to (iii) indicate that the rotational speed at constant speed is different.

上述のように、フィードバックコントローラ330は、PI制御器を含み、その制御特性は、比例ゲインKと積分ゲインKで規定される。実施の形態に係るフィードバックコントローラ330は、クロック周波数fCKに応じて制御特性(比例ゲイン、積分ゲインの少なくとも一方)を動的に変化させる。これにより、制御特性を固定した場合に比べて、モータの追従性を高めることができる。 As mentioned above, the feedback controller 330 includes a PI controller whose control characteristics are defined by the proportional gain K P and the integral gain K I. The feedback controller 330 according to the embodiment dynamically changes the control characteristic (at least one of the proportional gain and the integral gain) according to the clock frequency fCK . Thereby, the followability of the motor can be enhanced as compared with the case where the control characteristic is fixed.

フィードバックコントローラ330は、クロック周波数fCKと、制御特性(比例ゲイン、積分ゲイン)の関係を保持するテーブルをメモリに保持している。 The feedback controller 330 holds, in a memory, a table that holds the relationship between the clock frequency f CK and the control characteristics (proportional gain, integral gain).

より好ましくはDCモータの回転開始後、クロック周波数fCKの上昇中に、積分ゲインKを一定とし、比例ゲインKのみをクロック周波数fCKに応じて変化させるとよい。比例ゲインKはクロック周波数fCKに対して、正の相関を有し、単調増加してもよい。 More preferably, after the start of rotation of the DC motor, while the clock frequency f CK is rising, the integral gain K I may be fixed and only the proportional gain K P may be changed according to the clock frequency f CK . The proportional gain K P has a positive correlation with the clock frequency f CK and may be monotonically increasing.

図17は、モータ駆動システム100の始動時のモータの回転数を示す図である。(i)は、制御特性を固定したときの波形を、(ii)は、比例ゲインKのみを変化させたときの波形を、(iii)は、比例ゲインK、積分ゲインKの両方を変化させたときの波形を示す。(iv)はクロック周波数fCKにもとづく目標回転数である。f,f・・・・は、制御特性が切り替わるしきい値を示す。 FIG. 17 is a diagram showing the number of revolutions of the motor when the motor drive system 100 is started. (I) shows the waveform when the control characteristic is fixed, (ii) shows the waveform when changing only the proportional gain K P , and (iii) shows both the proportional gain K P and the integral gain K I Shows the waveform when changing. (Iv) is a target rotational speed based on the clock frequency f CK . f 1 , f 2 ... indicate threshold values at which the control characteristics are switched.

(i)に示すように、制御特性を固定すると、回転数が目標回転数に到達するまでの時間が長くなる。一方で、(iii)に示すように、比例ゲインと積分ゲインの両方を、変化させると、積分ゲインKを切りかえるタイミングにおいて、それまで蓄積されていた積分項が増大するため、回転数が振動する(回転ムラ)。そこで(ii)に示すように、積分ゲインを一定としつつ、比例ゲインのみを変化させることで、回転ムラを抑制しつつ、追従性を高めることができる。 As shown in (i), when the control characteristic is fixed, it takes a long time for the rotational speed to reach the target rotational speed. On the other hand, as shown in (iii), when both the proportional gain and the integral gain are changed, the integral term accumulated up to that point increases at the timing at which the integral gain K I is switched. Yes (uneven rotation). Therefore, as shown in (ii), by changing only the proportional gain while keeping the integral gain constant, it is possible to improve the followability while suppressing the rotation unevenness.

ここでは、回転数を上昇させるときの動作を説明したが、回転数を低下させる際も同様であり、積分ゲインKを一定としながら、比例ゲインKをクロック周波数fCKに応じて変化させるとよい。 Here, the operation for increasing the rotational speed has been described, but the same is true for reducing the rotational speed, and the proportional gain K P is changed according to the clock frequency f CK while keeping the integral gain K I constant. It is good.

(電子ギア)
続いて、電子ギアについて説明する。上位コントローラ104のスペックによっては、クロック信号CLKの周波数fCKの可変範囲が制約される場合がある。たとえば、クロック周波数fCKの上限fMAXが低いと、その上限fMAXでDCモータの回転数が制約される。上限周波数fMAXで規定される回転数よりも高い回転数でモータを回転させたい場合、従来では機械ギアを用いる必要があり、コストアップの要因となっていた。この問題を解消するために、駆動IC200は、電子ギアの機能を備える。
(Electronic gear)
Subsequently, the electronic gear will be described. Depending on the specifications of the upper controller 104, the variable range of the frequency f CK of the clock signal CLK may be restricted. For example, if the upper limit f MAX of the clock frequency f CK is low, the rotational speed of the DC motor is restricted by the upper limit f MAX. When it is desired to rotate the motor at a rotational speed higher than the rotational speed specified by the upper limit frequency f MAX , conventionally, it has been necessary to use a mechanical gear, which has been a factor in cost increase. In order to solve this problem, the drive IC 200 has the function of an electronic gear.

図18は、電子ギアの機能を説明する図である。上述のように、位置指令値生成部312においては、クロック信号CLKのエッジの個数が積算される。図6(a)〜(c)では、クロック信号CLKのエッジ1個あたりにつき、ターゲット値TGTが1ずつ、インクリメント、あるいはデクリメントされた。   FIG. 18 is a view for explaining the function of the electronic gear. As described above, in position command value generation unit 312, the number of edges of clock signal CLK is integrated. In FIGS. 6A to 6C, the target value TGT is incremented or decremented by one for each edge of the clock signal CLK.

これに対して、電子ギアを備えるロジック回路300Aでは、クロック信号CLKのエッジ1個たりにつきインクリメント/デクリメントする変化量ΔTGTが外部から設定可能である。図18では、ΔTGT=1,2,4の3段階で切りかえたときの動作を示す。   On the other hand, in the logic circuit 300A having an electronic gear, the change amount ΔTGT to be incremented / decremented can be externally set for each edge of the clock signal CLK. FIG. 18 shows the operation when three stages of ΔTGT = 1, 2 and 4 are switched.

変化量ΔTGTに応じて、クロック信号CLK1パルス当たりの、ロータの回転角を制御することができる。したがって変化量ΔTGTは、電子的なギア比に相当する。電子ギアの機能を実装することで、機械ギアを減らし、あるいは無くすことができるため、装置の低コスト化、小型化が可能であり、また装置の構造が簡素化できるため、故障のリスクを減らすことができる。   The rotation angle of the rotor per pulse of clock signal CLK can be controlled in accordance with change amount ΔTGT. Therefore, the change amount ΔTGT corresponds to an electronic gear ratio. By implementing the function of the electronic gear, it is possible to reduce or eliminate the mechanical gear, so that the cost and size of the device can be reduced, and the structure of the device can be simplified, thereby reducing the risk of failure. be able to.

図19は、電子ギアの機能を備える駆動IC200Aのブロック図である。駆動IC200Aには、電子ギアの設定のための設定ピンMODEが設けられ、この設定ピンMODEの状態に応じて、変化量ΔTGTが選択される。たとえば設定ピンMODEには、抵抗が外付け可能であり、設定ピンMODEには、抵抗の有無あるいは抵抗の抵抗値に応じた電圧VMODEが発生する。コンパレータCMP1あるいはA/Dコンバータ(不図示)によってこのモード電圧VMODEが検出され、モード電圧VMODEに応じた変化量ΔTGTが選択される。 FIG. 19 is a block diagram of a drive IC 200A having the function of an electronic gear. The drive IC 200A is provided with a setting pin MODE for setting the electronic gear, and the amount of change ΔTGT is selected according to the state of the setting pin MODE. For example, a resistor can be externally connected to the setting pin MODE, and a voltage V MODE is generated in the setting pin MODE according to the presence or absence of the resistor or the resistance value of the resistor. The mode voltage V MODE is detected by the comparator CMP1 or an A / D converter (not shown), and the amount of change ΔTGT according to the mode voltage V MODE is selected.

より詳しくは、電子ギアの機能は、位置指令値生成部312に実装することができる。電子ギアの機能の実装について、図6(a)〜(c)を参照して説明する。たとえば図6(a)の位置指令値生成部312においては、カウンタ322のインクリメント、デクリメント量を、設定ピンMODEの状態に応じて変化させればよい。   More specifically, the function of the electronic gear can be implemented in the position command value generation unit 312. The implementation of the function of the electronic gear will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (c). For example, in the position command value generation unit 312 of FIG. 6A, the increment and decrement amount of the counter 322 may be changed according to the state of the setting pin MODE.

図6(b)の位置指令値生成部312においては、演算器324の入力Aに与える値を、設定ピンMODEの状態に応じて、1,2,4…と多値で切りかえ可能とすればよい。   In position command value generation unit 312 of FIG. 6B, if the value given to input A of operation unit 324 can be switched in multiple values of 1, 2, 4... According to the state of setting pin MODE. Good.

図6(c)の位置指令値生成部312においては、セレクタ327に入力する正負の2値を、設定ピンMODEの状態に応じて1倍、2倍、4倍・・・と切りかえ可能に構成すればよい。   In the position command value generation unit 312 of FIG. 6C, the positive and negative two values input to the selector 327 can be switched to 1 ×, 2 ×, 4 ×, etc. according to the state of the setting pin MODE. do it.

なお、ギア比に相当する変化量ΔTGTの設定方法は、設定ピンMODEを利用したものに限定されず、IC(Inter IC)インタフェースや、SPI(Serial Peripheral Interface)などを利用して、レジスタに設定値を書き込むようにしてもよい。 The method of setting change amount ΔTGT corresponding to the gear ratio is not limited to the one using setting pin MODE, but may be a register using I 2 C (Inter IC) interface, SPI (Serial Peripheral Interface), etc. The set value may be written to

なお、ΔTGTの値は、1,2,4・・・には限定されず、任意の整数であってもよい。あるいは、ΔTGTは、1/2,1/4,1/8・・・、あるいは任意の分数であってもよい。ΔTGT<1とすることで、減速制御が可能となる。   The value of ΔTGT is not limited to 1, 2, 4... And may be any integer. Alternatively, ΔTGT may be 1/2, 1/4, 1/8 ... or any fraction. By setting ΔTGT <1, deceleration control is possible.

図20は、電子ギアの機能を備える駆動IC200Bのブロック図である。駆動IC200Bでは、ターゲット値TGTの変化量は一定であり、EN_A,EN_Bのパルス当たりのフィードバック値FBの変化量ΔFBが変更可能となっている。ΔFBは、整数あるいは非整数の任意の値に決めることができる。EN_A(EN_B信号)の1パルス当たりのΔFBを大きくすると、回転数は遅くできる。反対にEN_A(EN_B信号)の1パルス当たりのΔFBを小さくすると、回転数を速めることができる。ギア比選択部360は図19のコンパレータCMP1(あるいはA/Dコンバータ)に相当するブロックであり、設定ピンMODEの状態に応じてΔFBを選択する。   FIG. 20 is a block diagram of a drive IC 200B having the function of an electronic gear. In the drive IC 200B, the change amount of the target value TGT is constant, and the change amount ΔFB of the feedback value FB per pulse of EN_A, EN_B can be changed. ΔFB can be set to any integer or noninteger value. The rotation speed can be reduced by increasing ΔFB per pulse of EN_A (EN_B signal). Conversely, if ΔFB per pulse of EN_A (EN_B signal) is reduced, the number of rotations can be increased. The gear ratio selection unit 360 is a block corresponding to the comparator CMP1 (or A / D converter) of FIG. 19, and selects ΔFB according to the state of the setting pin MODE.

(用途)
図21は、モータ駆動システム100を備える電子機器を示す図である。図21には、電子機器900の一例として、プリンタを示す。電子機器900は、複数のDCモータ902、904を備える。たとえばDCモータ902は、プリントヘッド910の駆動機構912に用いられる。DCモータ904は、用紙送りの駆動機構914に用いられる。
(Use)
FIG. 21 is a diagram showing an electronic device provided with the motor drive system 100. As shown in FIG. FIG. 21 illustrates a printer as an example of the electronic device 900. The electronic device 900 includes a plurality of DC motors 902 and 904. For example, the DC motor 902 is used for the drive mechanism 912 of the print head 910. The DC motor 904 is used as a paper feed drive mechanism 914.

なおモータ駆動システム100の用途はプリンタには限定されず、さまざまなOA機器、産業機器、産業機械に用いることができる。   The application of the motor drive system 100 is not limited to a printer, and can be used for various OA devices, industrial devices, and industrial machines.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。   The present invention has been described above based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that this embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such a modification is also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such modifications will be described.

(変形例1)
実施の形態では、ホールセンサを用いたモータ駆動を説明したが、センサレスであってもよい。この場合、駆動IC200に、逆起電力を検出するコンパレータを実装すればよい。
(Modification 1)
Although the motor drive using a Hall sensor has been described in the embodiment, it may be sensorless. In this case, a comparator for detecting a back electromotive force may be mounted on the drive IC 200.

(変形例2)
実施の形態では、ドライバ106のハイサイドトランジスタのゲート駆動電圧を得るためにチャージポンプを利用したが、ブートストラップ回路を内蔵してもよい。なおドライバ106のハイサイドトランジスタは、Pチャンネルであってもよく、この場合チャージポンプは不要である。
(Modification 2)
Although the charge pump is used to obtain the gate drive voltage of the high side transistor of the driver 106 in the embodiment, a bootstrap circuit may be incorporated. The high side transistor of the driver 106 may be a P channel, and in this case, the charge pump is unnecessary.

(変形例3)
実施の形態では、ドライバ106が駆動IC200に外付けされたが、ドライバ106を駆動IC200に集積化してもよい。反対に、実施の形態では、プリドライバ250が駆動IC200に集積化されたが、プリドライバ250を駆動IC200の外部に設けてもよく、たとえばドライバ106とプリドライバ250を集積化してもよい。
(Modification 3)
In the embodiment, the driver 106 is externally attached to the drive IC 200, but the driver 106 may be integrated into the drive IC 200. On the other hand, although the predriver 250 is integrated in the drive IC 200 in the embodiment, the predriver 250 may be provided outside the drive IC 200. For example, the driver 106 and the predriver 250 may be integrated.

(変形例4)
実施の形態では、駆動ICをロジック回路で実装したが、その限りでなく、ロジック回路300で示されるブロックを、プロセッサ(CPUやマイコン)とソフトウェアプログラムの組み合わせで構成してもよい。
(Modification 4)
In the embodiment, the drive IC is implemented by a logic circuit. However, the present invention is not limited to this. The block indicated by the logic circuit 300 may be configured by a combination of a processor (CPU or microcomputer) and a software program.

100 モータ駆動システム
102 DCモータ
104 上位コントローラ
106 ドライバ
110 ホールセンサ
112 エンコーダ
200 駆動IC
BUF 入力バッファ
HCMP ホールコンパレータ
250 プリドライバ
260 電源回路群
262 オペアンプ
264 基準電圧源
266 チャージポンプ
268,270 電源回路
280 保護回路
300 ロジック回路
310 誤差検出器
312 位置指令値生成部
314 位置検出値生成部
316 減算器
320 エッジ検出回路
322 アップダウンカウンタ
324 演算器
325 メモリ
326 オペコードセレクタ
327 セレクタ
328 加算器
329 メモリ
330 フィードバックコントローラ
340 駆動信号生成部
342 パルス幅変調器
344 通電ロジック
360 ギア比選択部
100 motor drive system 102 DC motor 104 host controller 106 driver 110 hall sensor 112 encoder 200 drive IC
BUF input buffer HCMP Hall comparator 250 predriver 260 power supply circuit group 262 operational amplifier 264 reference voltage source 266 charge pump 268, 270 power supply circuit 280 protection circuit 300 logic circuit 310 error detector 312 position command value generation unit 314 position detection value generation unit 316 Subtractor 320 Edge detection circuit 322 Up / down counter 324 Operation unit 325 Memory 326 Opcode selector 327 Selector 328 Adder 329 Memory 330 Feedback controller 340 Drive signal generator 342 Pulse width modulator 344 Energizing logic 360 Gear ratio selector

Claims (24)

DCモータの駆動回路であって、
上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのパルス信号と、を受け、前記パルス信号にもとづく前記DCモータのロータの現在位置と、前記クロック信号にもとづく前記ロータの目標位置との差分である位置誤差値を生成する誤差検出器と、
ロジック回路で構成され、前記位置誤差値がゼロに近づくように指令値を生成するフィードバックコントローラと、
ロジック回路で構成され、前記指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備え、ひとつの半導体基板に集積化されることを特徴とする駆動回路。
DC motor drive circuit,
A position error which is a difference between a current position of the rotor of the DC motor based on the pulse signal and a target position of the rotor based on the clock signal in response to a clock signal from the host controller and a pulse signal from the encoder An error detector that produces a value;
A feedback controller, which comprises a logic circuit, and generates a command value so that the position error value approaches zero;
A drive signal generation unit configured by a logic circuit and generating a drive signal according to the command value;
And a driving circuit characterized in that the driving circuit is integrated on one semiconductor substrate.
前記フィードバックコントローラは、PI(比例積分)制御器を含むことを特徴とする請求項1に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 1, wherein the feedback controller includes a PI (proportional integration) controller. 前記PI制御器の制御特性は、前記クロック信号の周波数に応じて動的に変化することを特徴とする請求項2に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 2, wherein the control characteristic of the PI controller dynamically changes according to the frequency of the clock signal. 前記PI制御器の積分ゲインは一定であり、比例ゲインが前記クロック信号の周波数に応じて変化することを特徴とする請求項3に記載の駆動回路。   The drive circuit according to claim 3, wherein an integral gain of the PI controller is constant, and a proportional gain changes according to a frequency of the clock signal. 前記誤差検出器は、
前記クロック信号のエッジの個数の積算値に応じたターゲット値を生成する位置指令値生成部と、
前記パルス信号にもとづき、前記ロータの現在位置を示すフィードバック値を生成する位置検出値生成部と、
前記ターゲット値と前記フィードバック値の差分を生成する減算器と、
を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の駆動回路。
The error detector
A position command value generation unit that generates a target value according to an integrated value of the number of edges of the clock signal;
A position detection value generation unit that generates a feedback value indicating the current position of the rotor based on the pulse signal;
A subtractor that generates a difference between the target value and the feedback value;
The drive circuit according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記位置指令値生成部は、前記クロック信号の1エッジあたりの前記ターゲット値の変化量が複数値から選択可能であることを特徴とする請求項5に記載の駆動回路。   6. The drive circuit according to claim 5, wherein the position command value generation unit can select the amount of change of the target value per edge of the clock signal from a plurality of values. 前記位置検出値生成部は、前記パルス信号の1個あたりの前記フィードバック値の変化量が複数値から選択可能であることを特徴とする請求項5または6に記載の駆動回路。   7. The drive circuit according to claim 5, wherein the position detection value generation unit can select a change amount of the feedback value per one pulse signal from a plurality of values. 前記変化量を指定するための設定ピンをさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載の駆動回路。   8. The drive circuit according to claim 6, further comprising a setting pin for specifying the amount of change. 前記DCモータを駆動するインバータを制御するプリドライバをさらに備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 1 to 8, further comprising a predriver for controlling an inverter for driving the DC motor. DCモータと、
前記DCモータを駆動するインバータを含むドライバと、
前記ドライバを制御する請求項1から9のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
DC motor,
A driver including an inverter for driving the DC motor;
The drive circuit according to any one of claims 1 to 9, which controls the driver.
An electronic device comprising:
上位コントローラからのクロック信号と、エンコーダからのDCモータのロータの位置を示すパルス信号と、に応じてDCモータを駆動する駆動回路であって、
前記クロック信号にもとづく前記ロータの目標位置を示す位置指令値と、前記パルス信号にもとづく前記ロータの現在位置を示す位置検出値との差分に応じた位置誤差値を生成する誤差検出器と、
前記位置誤差値がゼロに近づくようにトルク指令値を生成するフィードバックコントローラと、
前記トルク指令値に応じた駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備え、
回転制御モードと保持モードが切りかえ可能であり、前記回転制御モードと前記保持モードとで、前記フィードバックコントローラの制御特性および前記駆動信号生成部における前記駆動信号の生成方法の少なくとも一方が切り替わることを特徴とする駆動回路。
A driving circuit for driving a DC motor according to a clock signal from a host controller and a pulse signal indicating the position of a rotor of the DC motor from an encoder,
An error detector that generates a position error value according to a difference between a position command value indicating the target position of the rotor based on the clock signal and a position detection value indicating the current position of the rotor based on the pulse signal;
A feedback controller that generates a torque command value such that the position error value approaches zero;
A drive signal generation unit that generates a drive signal according to the torque command value;
Equipped with
A rotation control mode and a holding mode can be switched, and at least one of a control characteristic of the feedback controller and a method of generating the drive signal in the drive signal generation unit is switched between the rotation control mode and the holding mode. Drive circuit.
前記フィードバックコントローラはPI(Proportional Integral)制御器を含み、
前記回転制御モードと前記保持モードとで、前記PI制御器の比例ゲインと積分ゲインの少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項11に記載の駆動回路。
The feedback controller includes a PI (Proportional Integral) controller,
The drive circuit according to claim 11, wherein at least one of a proportional gain and an integral gain of the PI controller is different between the rotation control mode and the holding mode.
前記回転制御モードと前記保持モードが切り替わる際に、積分値がゼロリセットされることを特徴とする請求項12に記載の駆動回路。   13. The drive circuit according to claim 12, wherein the integral value is reset to zero when the rotation control mode and the holding mode are switched. 前記クロック信号の入力状態にもとづいて、前記回転制御モードと前記保持モードを判定するモード判定部をさらに備えることを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 11 to 13, further comprising a mode determination unit that determines the rotation control mode and the holding mode based on an input state of the clock signal. 前記モード判定部は、前記クロック信号の無入力状態の持続時間を測定するカウンタを含み、前記クロック信号の無入力状態が所定時間持続すると、前記回転制御モードから前記保持モードに移行することを特徴とする請求項14に記載の駆動回路。   The mode determination unit may include a counter that measures a duration of a no-input state of the clock signal, and transitions from the rotation control mode to the holding mode when the no-input state of the clock signal continues for a predetermined time. The drive circuit according to claim 14, wherein 前記フィードバックコントローラは、前記回転制御モードに関連する第1コントローラと、前記保持モードに関連する第2コントローラと、を含むことを特徴とする請求項11から15のいずれかに記載の駆動回路。   16. The drive circuit according to any of claims 11 to 15, wherein the feedback controller includes a first controller associated with the rotation control mode and a second controller associated with the holding mode. 前記フィードバックコントローラは、単一のコントローラを含み、前記回転制御モードと前記保持モードとで、ゲインが変更されることを特徴とする請求項11から16のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 11 to 16, wherein the feedback controller includes a single controller, and gains are changed in the rotation control mode and the holding mode. 前記駆動信号生成部は、前記回転制御モードにおいて、前記上位コントローラからの方向指示信号に応じて回転方向を決定し、前記保持モードにおいて、前記トルク指令値の符号にもとづいて回転方向を決定することを特徴とする請求項11から17のいずれかに記載の駆動回路。   The drive signal generation unit determines the rotation direction according to the direction indication signal from the host controller in the rotation control mode, and determines the rotation direction based on the sign of the torque command value in the holding mode. The drive circuit according to any one of claims 11 to 17, characterized by: 前記駆動信号生成部は、
前記トルク指令値に応じたデューティ比を有するPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成するパルス幅変調器と、
前記PWM信号とホールコンパレータの出力とにもとづいて前記駆動信号を生成する通電ロジックと、
を含むことを特徴とする請求項11から18のいずれかに記載の駆動回路。
The drive signal generation unit
A pulse width modulator that generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal having a duty ratio corresponding to the torque command value;
Energizing logic that generates the drive signal based on the PWM signal and the output of the Hall comparator;
The drive circuit according to any one of claims 11 to 18, comprising:
前記DCモータを駆動するインバータを制御するプリドライバをさらに備えることを特徴とする請求項11から19のいずれかに記載の駆動回路。   The drive circuit according to any one of claims 11 to 19, further comprising a predriver for controlling an inverter for driving the DC motor. ひとつの半導体基板に集積化されることを特徴とする請求項1から20のいずれかに記載の駆動回路。   21. The drive circuit according to any one of claims 1 to 20, wherein the drive circuit is integrated on one semiconductor substrate. DCモータと、
前記DCモータを駆動するインバータを含むドライバと、
前記ドライバを制御する請求項11から21のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
DC motor,
A driver including an inverter for driving the DC motor;
The drive circuit according to any one of claims 11 to 21, which controls the driver.
An electronic device comprising:
DCモータの駆動方法であって、
上位コントローラからのクロック信号にもとづき、前記DCモータのロータの目標位置を示す位置指令値を生成するステップと、
エンコーダからのDCモータのロータの位置を示すパルス信号にもとづき、前記ロータの現在位置を示す位置検出値を生成するステップと、
回転制御モードと保持モードを選択するステップと、
前記位置検出値と前記位置指令値の誤差がゼロに近づくように、トルク指令値を生成するステップであって、前記回転制御モードと前記保持モードとで、制御特性が異なるステップと、
を備えることを特徴とする駆動方法。
A method of driving a DC motor,
Generating a position command value indicating a target position of the rotor of the DC motor based on a clock signal from a host controller;
Generating a position detection value indicating the current position of the rotor based on a pulse signal indicating the position of the rotor of the DC motor from the encoder;
Selecting a rotation control mode and a holding mode;
Generating a torque command value such that an error between the position detection value and the position command value approaches zero, wherein control characteristics differ between the rotation control mode and the holding mode;
A driving method comprising:
DCモータの駆動方法であって、
上位コントローラからのクロック信号にもとづき、前記DCモータのロータの目標位置を示す位置指令値を生成するステップと、
エンコーダからのDCモータのロータの位置を示すパルス信号にもとづき、前記ロータの現在位置を示す位置検出値を生成するステップと、
前記位置検出値と前記位置指令値の誤差がゼロに近づくように、トルク指令値を生成するステップと、
回転制御モードと保持モードを選択するステップと、
前記トルク指令値にもとづいてインバータの状態を規定する駆動信号を生成するステップであって、前記回転制御モードと前記保持モードとで、前記駆動信号の生成方法が異なるステップと、
を備えることを特徴とする駆動方法。
A method of driving a DC motor,
Generating a position command value indicating a target position of the rotor of the DC motor based on a clock signal from a host controller;
Generating a position detection value indicating the current position of the rotor based on a pulse signal indicating the position of the rotor of the DC motor from the encoder;
Generating a torque command value such that an error between the position detection value and the position command value approaches zero;
Selecting a rotation control mode and a holding mode;
Generating a drive signal that defines the state of the inverter based on the torque command value, wherein the method of generating the drive signal differs between the rotation control mode and the holding mode;
A driving method comprising:
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