JPH0586151B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は制御回路に関し、特に半導体集積回路
（以下においてICという）化されたモータの回転
速度制御回路等に適用して好適なものである。

〔背景技術〕

各種の音響機器に多用されているDCブラシレ
スモータ（以下においてモータという）の制御を
例に述べると、所定の回転速度に保持しておく場
合と数種の回転速度に段階的に切り換え、しかも
切り換えられた回転速度内で一定の誤差範囲内に
保持させておきたい場合とがある。

後者の制御の場合、回転速度を段階的に切り換
えるため、電圧レベルの異なつたいわゆるプリセ
ツト信号を制御回路に供給し、このプリセツト信
号とモータの回転位置検出信号とにより、所望の
回転速度に制御するようにしている。

一方、上記機能を有する制御回路もIC化され
る傾向にあるが、IC化に際しては集積度の向上、
小型化、コストダウン等の見地から外部接続端子
の削減が望まれる。そしてICに多くの機能を盛
り込んで付加価値を高める傾向があり、これにと
もなつて外部接続端子数が増大するので上記外部
接続端子の削減は極めて重要なことになつてい
る。

しかし、上記プリセツト信号と回転位置検出信
号とを個別に供給する形態では、それぞれに専用
の外部接続端子を必要とすることが、本発明者等
の検討により明らかになつた。

ところで、モータの回転位置検出は「DCブラ
シレスモータと制御回路」（昭和59年11月30日第
１版発行、発行所総合電子出版社、pp99〜106）
に示すように磁電変換素子（ホール素子）によつ
て行われている。モータの制御回路において、上
記ホール素子は専用の入力端子を介してホール増
幅器に接続されている。そして上記ホール増幅器
は、入力電圧レベル（DCレベル）が1.5V〜
（Vcc−1.5V）程度の広い範囲であつても動作可
能であることが、本発明者等の検討により明らか
になつた。

本発明者等はこの点に着目し、制御回路用IC
の外部接続端子を削減することを検討した。

そしてホール素子から得られる回転位置検出信
号（交流成分）に重畳してプリセツト信号となる
入力信号（直流成分）を供給し、上記入力信号を
基準信号と比較してモータの駆動電流の制御をお
こなえば、回転速度の段階的制御とモータコイル
への通電制御とを行い得ることに気づき、本発明
を提案するに至つた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、IC化に際し外部接続端子を
削減することのできる制御回路を提供することに
ある。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特
徴は、本明細書の記述および添付図面から明らか
になるであろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明の概要を簡単に述
べれば、下記の通りである。

すなわち、例えばモータの如き被制御体の回転
位置検出信号に回転速度を段階的に切り換えるプ
リセツト信号を重畳して供給し、上記回転位置検
出信号によりモータコイルへの通電、換言すれば
相切り換えを行うと同時に、上記プリセツト信号
と基準信号との比較によつて得られる比較信号に
もとづき上記モータコイルへの電流量を制御する
ように構成することにより、外部接続端子を削減
することのできるIC化に好適な制御回路を得る、
という本発明の目的を達成するものである。

〔実施例 １〕 以下、第１図Ａ，Ｂを参照して、本発明を適用
した制御回路の第１実施例を説明する。なお、第
１図ＡはIC化された制御回路の回路図を示すも
のであり、DCブラシレスモータの制御を行う際
の一具体例を示している。また第１図Ｂは上記制
御回路の回路動作を説明するための電圧特性図を
示すものである。

本実施例の特徴は、本発明でいう被制御体とし
て設けられたモータの回転位置検出を行うホール
素子の出力信号に本発明でいう入力信号を重畳し
て１の接続端子を介して供給し、上記モード切り
換えのための入力信号と基準信号とをIC内に設
けられた比較器によつて比較し、その比較出力に
よつて上記モータの回転速度、すなわちモード切
り換えを段階的に行うための制御信号を得ること
にある。

第１図Ａに示すように、ICの外部接続端子で
ある１番端子〜４番端子には、モータの回転位置
を検出するためのホール素子１，２が接続されて
いる。６番端子〜９番端子に接続されたコイル
L₁，L₂はモータコイルであつて、通電により発
生する磁界とステータ（図示せず）に固定された
永久磁石から発生する磁界とにより、上記ステー
タを回転駆動せしめるものである。なお、上記モ
ータの回転位置検出とは、上記ステータの回転位
置をホール素子１，２によつて磁気的に検出する
ことをいう。

以下、制御回路の回路構成の大略を述べると、
制御回路は、被制御体であるモータへの通電、す
なわち相切り換えを制御するためのホール素子
１，２から駆動回路７，８までの通電制御系と、
比較器５、速度制御回路１２等によつて構成され
た電流制御系とにより成る。そして本発明は上記
比較器５を含む電流制御系に適用されている。

ホール素子１，２の検出信号V₁，V₂はホール
増幅器３，４に供給される。そして４番端子に
は、本発明でいう入力信号Vinが上記検出信号V₁
に重畳して供給される。なお、上記入力信号Vin
は、第１図Ａに示すように段階的にレベル変化で
きるものであり、検出信号V₁，V₂はモータの回
転位置に対応して交流的に変化するものである。

検出信号V₁，V₂は、モータの回転位置に対応
して交流的に変化するものであるがその変化分は
微小であり、ホール増幅器３，４によつて所望の
電圧レベルに増幅される。ここで、検出信号V₁，
V₂の直流レベルについてみると、検出信号V₁は
電源電圧Vccから抵抗R₂の電圧降下分、更にホー
ル素子２の電圧降下分を引いた電圧レベルに設定
され、第１図Ａに示すように電源電圧Vccと基準
信号Vref₂の電圧レベルとの間に設定される。ま
た検出信号V₂の電圧レベルは、上記抵抗R₂、ホ
ール素子２による電圧降下、ならびに抵抗R₁の
電圧降下によるGNDからの持ち上げによつて、
基準信号Vref₁，Vref₂の間に設定される。

そして本実施例においては、検出信号V₁（Vin）
と基準信号Vref₁，Vref₂との比較が比較器５に
よつて行われ、比較信号V₁₁，V₁₂，V₁₃によつて
上記モータの回転速度が所望の値、すなわち１の
モードから他のモードに段階的に切り換えられる
ように構成されている。

ところで、上記ホール増幅器３，４の出力信号
V₂₁，V₂₂は、モータの回転位置に対応してハイ
レベルとローレベルに変化し、電流切り換え回路
６に供給される。電流切り換え回路６は上記出力
信号V₂₁，V₂₂にもとづき駆動回路７，８を駆動
するものであるが、制御信号V₃₁，V₃₂は駆動回
路７，８を介してコイルL₁，L₂の通電を切り換
える成分と、電流量を制御する成分とを含むもの
である。

そして上記通電を切り換える成分は、上記出力
信号V₂₁，V₂₂によつて与えられ、上記電流量を
制御する成分は、後述する比較器５、クロツク選
択回路１１、速度制御回路１２等によつて構成さ
れた電流制御系から与えられる。

以下、上記電流制御系の回路動作について述べ
る。

先ず比較器５について述べると、定電流回路
CS₁，CS₂は差動対に接続されたトランジスタQ₁，
Q₂及びQ₃，Q₄に定電流を供給する。そしてトラ
ンジスタQ₁，Q₄の各ベースにはIC内に設けた電
源から基準電圧Vref₁，Vref₂が供給され、IC外
から４番端子を介して供給される入力信号Vinの
電圧レベルの比較を行う。

入力信号Vinの電圧レベルと各基準電圧Vref₁，
Vref₂とが、Vin＞Vref₁＞Vref₂になされた場合
の回路動作を述べる。この電圧レベルは、第１図
ＢのVxに相当するものとする。

入力信号Vinが供給されると、トランジスタ
Q₂，Q₃にバイアス電流が供給されず、トランジ
スタQ₁，Q₄がともにオン状態になる。そして抵
抗R₅，R₆の電圧降下によつて比較信号V₁₁，V₁₃
がハイレベルになり、比較信号V₁₂がローレベル
になる。９はクロツク選択回路であり、インバー
タ２１〜２６によつて構成されている。そしてク
ロツク選択回路（以下において選択回路という）
９は、上記比較信号V₁₁〜V₁₃の電圧レベルに応
答してクロツク信号発生器１１から発生するクロ
ツク信号Clk₁〜Clk₂を選択するものである。ここ
でクロツク信号Clk₁〜Clk₃の相違について述べる
と、クロツク信号Clk₁の周波数を１とするクロツ
ク信号Clk₂は1/2、クロツク信号Clk₃は1/4の周波
数になされている。

従つて、上記クロツク信号Clk₂が選択されたと
きモータがスタンダードの回転速度、すなわち１
のモードに選択されたとすれば、上記クロツク信
号Clk₁クロツク信号Clk₁が選択されたときモータ
は他のモード、すなわち高回転速度に段階的にき
りかえられ、クロツク信号Clk₃が選択されたとき
は低回転速度に切り換えられる。

すなわち、比較信号V₁₁〜V₁₃が上記のように
レベル変化する場合、インバータ２１，２５の出
力レベルはローレベルになり、インバータ２３の
出力レベルがハイレベルになる。そしてクロツク
信号Clk₂がインバータ２４を介して制御回路１２
に供給され、クロツク信号Clk₁，Clk₃の供給が遮
断される。

制御回路１２はカウンタ回路（図示せず）を具
備し、上記クロツク信号Clk₂の周波数を計数し、
かつその周波数に応答した電圧レベルの制御信号
Vcを上記電流切り換え回路６に供給する。出力
信号V₃₁，V₃₂の出力レベルは、上記制御信号Vc
の電圧レベルに対応したものになり、モータコイ
ルL₁，L₂を流れる電流I₁，I₂の電流量が制御さ
れ、モータを所望の回転速度に切り換える。

一方、比較器５に電圧Vyの入力信号Vinが供
給された場合の回路動作を述べると、基準電圧
Vref₁，Vref₂とは第１図Ｂに示すようにVref₂＞
Vin＞Vref₁の関係になる。この場合は、トラン
ジスタQ₂，Q₄がオフになり、トランジスタQ₁，
Q₃がオンになる。従つて、比較信号V₁₁，V₁₂が
ハイレベルになり、比較信号V₁₃はローレベルに
なる。

そしてインバータ２１の出力レベルがハイレベ
ル、インバータ２２，２３の出力レベルがローレ
ベルになつてクロツク信号Clk₁が制御回路１２に
供給され、クロツク信号Clk₂，Clk₃の供給が遮断
される。

制御回路１２から得られる制御信号Vcの電圧
レベルは高レベルに変化し、制御信号V₃₁，V₃₂
によつて電流I₁，I₂の電流量が増大し、モータが
高回転速度に切り換えられる。

次に、入力信号Vinの電圧レベルが第１図Ｂに
示すVzに設定された場合の回路動作を述べる。

この場合、トランジスタQ₁，Q₄はともにオフ
になり、トランジスタQ₂，Q₃がオン状態に動作
する。そして比較信号V₁₁がローレベル、比較信
号V₁₂，V₁₃がともにハイレベルになる。従つて、
インバータ２１，２３の出力レベルはともにロー
レベルになり、インバータ２５の出力レベルがハ
イレベルになる。

この結果、クロツク信号Clk₃がインバータ２６
を介して制御回路１２に供給され、クロツク信号
Clk₁，Clk₂の供給が阻止される。制御回路１２か
ら得られる制御信号Vcの電圧レベルが低下し、
制御信号V₃₁，V₃₂によつて上記電流I₁，I₂の電流
量が減少され、モータが低回転速度に切り換えら
れる。

以上に述べた回路動作から明らかなように、本
実施例に示した制御回路では、４番端子を共用し
てモータの回転位置検出信号と回転速度を段階的
に切り換えるための入力信号Vinとを供給し、モ
ータの回転速度を所望の回転速度に段階的に切り
換えることが可能になる。従つて、上記入力信号
Vinを供給するための専用入力端子をICに設ける
必要がなく、この分ICのボンデイングパツド面
積を小にすることができ、チツプサイズを小にし
得ると同時に、集積度を向上させることが可能に
なる。

〔実施例 ２〕 次に、本発明の第２実施例を第２図Ａ，Ｂを参
照して説明する。なお、上記第１実施例と共通の
部分には同一の符号を付し、説明の重複を避ける
ものとする。

本実施例の特徴は、１の基準信号Vref₁と入力
信号Vinとの比較を１つの比較器２１により行
い、モータの回転速度を簡単な回路構成にて切り
換えるようにしたことにある。

３番端子と４番端子には、ホール素子２によつ
て検出された検出信号V₂が供給され、これに重
畳してモータの回転速度を制御する入力信号Vin
が供給される。

なお、検出信号V₁，V₂に対するホール増幅器
３，４の回路動作は上記同様であり、出力信号
V₂₁，V₂₂が上記同様に電流切り換え回路６に供
給される。

比較器２１は、上記入力信号Vinと基準信号
Vref₁との電圧比較を行うものであり、入力信号
Vinが基準信号Vref₁に対し第２図ＢにVxで示す
ように高レベルのときは、比較器２１から得られ
る比較信号V₁₁はハイレベルになる。

一方、入力信号Vinが電圧レベルVyにレベル
変化した場合は、上記比較信号V₁₁がローレベル
に変化する。

この場合、上記選択回路９は上記比較信号V₁₁
の２値のレベル変化に応答して、２の周波数のク
ロツク信号を制御回路１２に選択的に供給するも
のであつてよく、その回路構成は上記第１実施例
で示したものに対し簡単でよい。

そして制御回路１２から得られる制御信号Vc
の電圧レベルは、上記入力信号Vinのレベル変化
に対して変化する。上記同様に電流切り換え回路
６から得られる制御信号V₃₁，V₃₂によつてコイ
ルL₁，L₂を流れる電流I₁，I₂が２段階に制御さ
れ、モータの回転速度が高速度及び低速度に切り
換えられることになる。

本実施例によれば、１の比較器２１と１の基準
信号Vref₁とによる極めて簡単な回路構成であり
ながら、専用の入力端子を設けることなく入力信
号Vinのレベル変化を行うことにより、モータの
回転速度を２段階に変化させることができる。

〔実施例 ３〕 次に、本発明の第３実施例を第３図Ａ，Ｂを参
照して説明する。なお、上記各実施例と共通の部
分には同一の符号を付し、説明の重複を避けるも
のとする。

本実施例と上記各実施例との相違点は、各ホー
ル素子１，２が一対の電源間に並列に接続され、
検出信号V₁，V₂に直流レベル差が生じないよう
に構成されていることにある。

検出信号V₁，V₂は上記同様にホール増幅器３，
４によつて増幅され、出力信号V₂₁，V₂₂が電流
切り換え回路６に供給される。そして４番端子か
ら供給された入力信号Vinは比較器２１によつて
基準信号Vref₁と比較される。

入力信号Vinの電圧レベル第３図Ｂに示すVx
のように基準信号Vref₁に対し高レベルの場合
は、比較信号V₁₁はハイレベルになる。これに対
し、入力信号Vinの電圧レベルがVyで示すよう
に基準電圧Vref₁に対し低レベルの場合は、比較
信号V₁₁はローレベルになる。

選択回路９は、比較信号V₁₁の上記レベル変化
に対応して、２の周波数のクロツク信号を選択
し、上記制御回路１２に供給する。そして制御回
路１２から得られる制御信号Vcの電圧レベルが
クロツク信号の周波数に対応して変化する。以下
電流切り換え回路１２、出力回路７，８の回路動
作によつて上記電流I₁，I₂の電流量が制御され、
これにともないモータの回転速度が２段階に切り
換えられる。

次に、本発明の第４実施例から第６実施例を順
次説明するが、これらの実施例と上記第１実施例
から第３実施例との相違は、入力信号Vinの供給
がGNDレベルの近傍の直流レベルを基準にして
行われることにある。

すなわち、上記第１実施例から第３実施例で
は、入力信号VinはVcc電源から抵抗R₂の電圧降
下分、更にホール素子２の電圧降下分だけ低下し
た直流レベルに重畳して供給されていた。しかし
以下に説明する各実施例では、GNDレベルから
抵抗R₂の電圧降下分上昇し、かつホール素子２
の電圧降下分低下した直流レベルに重畳して入力
信号Vinが供給されている。

このような変形は、入力信号Vinの入力レベル
が限定されないことを示すものである。

〔実施例 ４〕 以下に、本発明の第４実施例を第４図Ａ，Ｂを
参照して説明する。なお、本実施例は上記第１実
施例に対応するものである。

ホール素子１に抵抗R₁を介してVcc電源が供給
され、ホール素子２は抵抗R₂を介して接地され
ている。従つて４番端子から供給される入力信号
Vinは、上記第１実施例に対し低レベルの直流レ
ベルに重畳して供給されることになる。

比較器５は２の電圧比較器A₁，A₂とVref₁＜
Vref₂の電圧レベルに設定された２の基準信号に
より構成されている。そして第４図Ｂに示すよう
にVx，Vy，Vzにレベル変化する入力信号Vin
と、上記基準信号Vref₁，Vref₂との電圧比較を
行い、ハイレベル及びローレベルに変化する比較
信号V₁₁〜V₁₃を得る。各比較信号V₁₁〜V₁₃は上
記同様に選択回路（図示せず）に供給され、上記
同様の回路動作が行われる。

〔実施例 ５〕 次に、本発明の第５実施例を第５図Ａ，Ｂを参
照して説明する。なお、本実施例は上記第２実施
例に対応するものである。

入力信号Vinは４番端子を介して供給される
が、直流レベルは上記のように低レベルである。
入力信号Vinは第５図Ｂに示すようにVx，Vyに
変化され、基準信号Vref₁との電圧比較が比較器
２１によつて行われる。そして比較信号V₁₁の電
圧レベルがハイレベル及びローレベルに変化し、
上記第１実施例で説明したようなクロツク信号選
択動作がおこなわれる。

従つて、上記制御回路１２、電流切り換え回路
６、駆動回路７，８が上記同様に動作し、モータ
の回転速度が２段階に切り換えられる。

〔実施例 ６〕 以下、本実施例の第６実施例を第６図Ａ，Ｂを
参照して説明する。なお、本実施例は上記第３実
施例に対応するものである。

本実施例において、ホール素子１，２には同一
の直流電圧が印加されているので、検出信号V₁，
V₂の直流レベルに差はない。４番端子を介して
入力信号Vinが供給され、基準信号Vref、との電
圧比較が比較器２１によつて行われる。

検出信号V₁，V₂は上記のようにホール増幅器
３，４によつて増幅され、出力信号V₂₁，V₂₂が
得られ、電流切り換え回路（図示せず）に供給さ
れる。

入力信号Vinの電圧レベルが第６図Ｂに示す
Vx，Vyのように変化すると、上記同様に比較信
号V₁₁がハイレベル及びローレベルに変化する。
そして選択回路（図示せず）において上記のよう
なクロツク信号の選択動作が行われ、制御回路、
電流切り換え回路、駆動回路等の上記回路動作に
よつてモータの回転速度が２段階に切り換えられ
る。

以上に述べたように、本発明を適用した制御回
路では、本来はホール素子１，２から得られる検
出信号V₁，V₂の供給端子である４番端子を利用
して、モータの回転速度を切り換える入力信号
Vinを供給することができるので、入力信号Vin
を供給するための専用端子を設ける必要がなく、
ICの外部接続端子を削減することができる。

〔効果〕

(1) 被制御体、すなわちモータの回転位置検出信
号にもとづき、上記モータを回転駆動するモー
タコイルへの通電を制御する制御系と、上記回
転位置検出信号に重畳してICの１の外部接続
端子から供給される入力信号VinとICの内部に
発生する基準信号とを比較し、その比較信号に
よつて上記モータコイルへの通電量を制御系と
を設け、上記入力信号Vinを供給する専用端子
を削減することにより、ICの外部接続端子を
増大せしめることなく、モータの回転速度を所
望の回転速度に切り換える、という効果が得ら
れる。

(2) 上記(1)により、ICの外部接続端子を削減し
得るので、ICチツプにおけるパツド面積を小
にすることができ、ICの集積度を向上せしめ
る、という効果が得られる。

(3) 上記(1)により、ICチツプを小にすることが
できる。

(4) 上記(1)により、パツケージを含むIC全体の
形状を小型化することが可能になる。

(5) 上記(1)により、多機能のICが得られること
になり、ICの付加価値が向上する、という効
果が得られる。

以上に、本発明者によつてなされた発明を実施
例にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記
実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変形可能であることはいうま
でもない。

例えば、上記各実施例では、入力信号Vinを可
変せしめるようにしたが、これに限定されず検出
信号V₁，V₂のレベル変化を基準信号と比較し、
モータの回転速度を段階的に切り換えるようにし
てもよい。

更に、入力信号Vinの供給は４番端子に限定さ
れず、２番端子、３番端子から供給するようにし
てもよい。

更に、第１図に示した選択回路におけるインバ
ータ２６〜２６は、バツフアアンプに変えてもよ
い。

〔利用分野〕

以上の説明では、主として本発明者等によつて
なされた発明をその背景となつた利用分野である
モータの制御回路に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、例えば温
度制御回路にも適用することができる。

また、テープレコーダ、VTR、レコードプレ
ーヤ等に広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明を適用した制御回路の
各実施例を示すものであり、第１図Ａは上記制御
回路の第１実施例を示す回路図、第１図Ｂは上記
制御回路の回路動作を示す電圧特性図、第２図Ａ
は上記制御回路の第２実施例を示す回路図、第２
図Ｂは上記制御回路の回路動作を示す電圧特性
図、第３図Ａは上記制御回路の第３実施例を示す
回路図、第３図Ｂは上記制御回路の回路動作を示
す電圧特性図、第４図Ａは上記制御回路の第４実
施例を示す回路図、第４図Ｂは上記制御回路の回
路動作を示す電圧特性図、第５図Ａは上記制御回
路の第５実施例を示す回路図、第５図Ｂは上記制
御回路の回路動作を示す電圧特性図、第６図Ａは
上記制御回路の第６実施例を示す回路図、第６図
Ｂは上記制御回路の回路動作を示す電圧特性図で
ある。 １，２…ホール素子、３，４…ホール増幅器
５，２１…比較器、６…電流切り換え回路、７，
８…駆動回路、９…クロツク信号選択回路、１１
…クロツク信号発振器、１２…制御回路、Vin…
入力信号、V₁，V₂…検出信号、Vc…制御信号、
L₁，L₂…モータコイル、Vx，Vy，Vz…電圧レ
ベル、Q₁〜Q₄…トランジスタ、Vref₁，Vref₂…
基準信号、R₁〜R₆…抵抗、Clk₁〜Clk…クロツク
信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (1) 半導体集積回路外に設けられた検出素子
   から得られる被制御体の制御状況に対応した検
   出信号を上記半導体集積回路内に供給する外部
   接続端子と、 (2) 上記半導体集積回路内に形成され、上記検出
   信号にもとづき上記被制御体の通電制御を行う
   通電制御系と、 (3) 上記半導体集積回路内に設けられ、上記外部
   接続端子から上記検出信号に重畳して供給され
   る入力信号と上記半導体集積回路内から発生す
   る基準信号とを比較して比較信号を得る比較器
   と、 (4) 上記比較信号のレベル変化により互いに異な
   つた周波数の周波数信号を選択的に伝達せし
   め、この選択的動作により得られた周波数信号
   にもとづき上記被制御体の電流制御を段階的に
   行う電流制御系と、 をそれぞれ具備し、上記外部接続端子を多重入力
   端子として被制御体の制御を行うことを特徴とす
   る制御回路。