JPH07107775A - ブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

ブラシレスモータの駆動回路

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JPH07107775A
JPH07107775A JP5244546A JP24454693A JPH07107775A JP H07107775 A JPH07107775 A JP H07107775A JP 5244546 A JP5244546 A JP 5244546A JP 24454693 A JP24454693 A JP 24454693A JP H07107775 A JPH07107775 A JP H07107775A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンデンサ等の外付部品を用いることなく、
スイッチングパルスを抑制できるブラシレスモータの駆
動回路を提供する。 【構成】 切替回路３で振り分けられた出力電流をカレ
ントミラー回路でモニタして合成しＡＧＣ回路４の基準
電圧と比較して磁気検出回路１をコントロールするよう
にしたことにより、出力電流の時間変化が緩和され、ス
イッチングパルスを効果的に抑えることができ、しかも
相切替え時の無効電流が少ない効率の高い駆動回路を提
供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はブラシレスモータの駆動
回路に関し、特に相切替え時におけるスイッチングパル
スの低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、小形直流モータは音響分野ばかり
でなく、情報・産業分野においてもその制御性の良さが
認められ、非常な勢いで用途が拡大している。その中で
もブラシレスモータは刷子・整流子という接触部分がな
く、長寿命という利点をもっていることから特に信頼性
が重視される産業用モータとしての用途が拡大してい
る。
【０００３】そうした中で小形軸流ファンはここ数年交
流から直流へとその駆動方式が切り替えられ、ブラシレ
スモータを利用した直流軸流ファンが増えてきている。
直流軸流ファンは限られたスペースの中に駆動回路を収
納しなければならないことと、低コストであることが求
められる。これらのことを実現するために１個の磁気検
出素子で駆動でき、かつ配線が簡単な２相半波方式が採
用されている。しかも回路を簡単にして効率を高めるた
め、出力回路はスイッチング動作をさせ、発生するスイ
ッチングパルスをコンデンサやツェナーダイオード等で
抑制する方法が一般的である。
【０００４】図７は従来例におけるブラシレスモータの
駆動回路を示し、これはコンデンサを入れた方法であ
り、図９は図７の駆動回路と後述する図８の出力回路の
出力波形を示すものである。
【０００５】図７に示すように、ホールＩＣ１１１の出
力端子にベースが接続されたトランジスタ１１２のコレ
クタには他端がＶCCに接続された抵抗１１３の一端およ
び直列接続されたダイオード１１４，１１５の内ダイオ
ード１１４のアノードが接続され、エミッタは他端がＧ
ＮＤに接続された抵抗１１６の一端およびエミッタがＧ
ＮＤに接続された出力トランジスタ１１７のベースに接
続されている。出力トランジスタ１１７のコレクタは他
端がＧＮＤに接続されたコンデンサ１１８の一端に接続
されるとともにモータの駆動コイル１１９を介してＶCC
に接続されている。エミッタがＧＮＤに接続された出力
トランジスタ１２１のベースは他端がＧＮＤに接続され
た抵抗１２０の一端に接続されるとともにダイオード１
１５のカソード側に接続され、コレクタは他端がＧＮＤ
に接続されたコンデンサ１２２の一端に接続されるとと
もにモータの駆動コイル１２３を介してＶCCに接続され
ている。
【０００６】なお、破線で囲まれた枠内が出力回路１２
４を構成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図７の駆動回路におい
て、出力電流波形を示す図９（ａ）は何も対策を施さな
いと、相切替え時に発生する図９（ｂ）のようなスイッ
チングパルス（仮想誘起電圧）をもつ出力電圧波形とな
る。この相切替え時に発生するスイッチングパルスはコ
ンデンサ１１８，１２２の容量を最適に選ぶことによっ
て図９（ｃ）に示すようなスイッチングパルス（仮想誘
起電圧）を得て、低減することはできるが十分満足のい
く結果は得られない。すなわち、コンデンサ１１８，１
２２の容量が小さければ効果がなく、容量を大きくすれ
ば図９（ｃ）に示すように時間遅れが生じてスイッチン
グのタイミングに支障をきたしたり、モータの駆動コイ
ルとの共振エネルギーが大きくなって電源に逆流したり
する。したがって数μＦ程度で妥協しているのが現状で
ある。
【０００８】前述したように、軸流ファンモータは限ら
れたスペースの中に回路部品を実装しなければならない
ので外付部品を減らしてＩＣ化を進める必要がある。こ
のような時、図７に示すような数μＦのコンデンサ１１
８，１２２の２個を使用しない方法としてコンデンサの
代わりにツェナーダイオードを用いる方法がある。図８
は他のブラシレスモータの駆動回路を示し、図７におけ
る出力回路１２４の１相分を変更した出力回路である。
即ち、エミッタがＧＮＤに接続された出力トランジスタ
１３４のコレクタはモータの駆動コイル１３５を介して
ＶCCに接続されるとともにツェナーダイオード群１３３
のカソード側に接続され、ベースは抵抗１３１を介して
ＧＮＤに接続されるとともに抵抗１３２を介してツェナ
ーダイオード群１３３のアノード側に接続されている。
このような駆動回路によれば、問題なくＩＣ化をはかる
ことは可能になるが、図９（ｄ）に示すように相切替え
時に発生するスイッチングノイズ（仮想誘起電圧）はむ
しろ大きくなるという問題点があった。
【０００９】本発明は外付部品を用いずにスイッチング
パルスを抑えてスイッチングノイズの発生を防止すると
ともに、ＩＣ化に最適な回路構成を提供することを目的
とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のブラシレスモータの駆動回路は、ロータの回
転位置を検出する磁気検出素子を含む磁気検出回路と、
上記磁気検出回路の出力を増幅する位置信号増幅回路
と、上記位置信号増幅回路の出力信号を各相に振り分け
る切替回路と、上記磁気検出素子の出力感度のバラツキ
による磁気検出回路の出力のバラツキをコントロールす
る自動増幅度制御（ＡＧＣ）回路と、上記切替回路で振
り分けられた出力電流を電力増幅するプリドライブ回路
と、上記プリドライブ回路の出力によりモータ駆動コイ
ルを駆動する出力回路とを備え、上記切替回路で振り分
けられた出力電流をモニタして合成し、上記ＡＧＣ回路
の基準電圧と比較するように構成したものである。
【００１１】
【作用】この構成によれば、切替回路で振り分けられた
出力電流をモニタして合成し、上記ＡＧＣ回路の基準電
圧と比較するようにしたことにより、外付部品を用いず
にスイッチングパルスの発生を防止することが可能とな
り、ＩＣ化に最適な回路構成となるので、限られたスペ
ースに実装可能な小型のＩＣが得られる。
【００１２】また、外付部品がなくなるために駆動回路
の材料費、工数の引き下げが可能となって安価なモータ
が得られる。
【００１３】
【実施例】図１は本発明のブラシレスモータの駆動回路
の回路構成を示すものであり、１は磁気検出素子１１と
抵抗１２とで構成される磁気検出回路で、磁気検出素子
１１の出力端子は後述の位置信号増幅回路２における差
動増幅器を構成するトランジスタ１７および１８のベー
スにそれぞれ接続されている。
【００１４】２はトランジスタ１７および１８と、抵抗
１５，１６，１９および２０とで構成される位置信号増
幅回路で、トランジスタ１７および１８のコレクタは後
述の切替回路３における２個１組の２対のトランジスタ
のベースにそれぞれ接続されている。
【００１５】３は差動増幅器を構成する２個１組の２対
のトランジスタ３８，３９および４２，４３と、カレン
トミラー回路を構成するトランジスタ３４，３５および
３６，３７並びに２８，２９，３０および３１，３２，
３３と、抵抗４０，４１および４４，４５とで構成され
る切替回路である。２個１組のトランジスタ３８，３９
のうちトランジスタ３８の出力はカレントミラー回路を
構成するトランジスタ２８，２９，３０のうちトランジ
スタ２８，２９を介し、他の２個１組のトランジスタ４
２，４３のうちトランジスタ４３の出力はカレントミラ
ー回路を構成するトランジスタ３１，３２，３３のうち
トランジスタ３２，３３を介して出力信号となり、２個
１組のトランジスタ３８，３９のうちトランジスタ３９
の出力はカレントミラー回路を構成するトランジスタ３
４，３５を介し、他の２個１組のトランジスタ４２，４
３のうちトランジスタ４２の出力はカレントミラー回路
を構成するトランジスタ３６，３７を介してそれぞれト
ランジスタ４２および３８のコレクタに接続されてい
る。カレントミラー回路を構成するトランジスタ２８，
２９，３０および３１，３２，３３のうちトランジスタ
３０および３１のコレクタはともに接続されてその出力
はフィードバック信号となる。
【００１６】４は差動増幅器を構成するトランジスタ２
４および２５と、カレントミラー回路を構成するトラン
ジスタ２２および２３と、磁気検出回路１をコントロー
ルする制御トランジスタ１４と、積分コンデンサ１３
と、トランジスタ３０および３１の電流出力を電圧信号
に変換する抵抗２７とで構成される自動増幅度制御（Ａ
ＧＣ）回路である。抵抗２７の両端に発生したフィード
バック信号はトランジスタ２４，２５を介してトランジ
スタ２４のベースに与えられた基準電圧ＦＥと比較さ
れ、カレントミラー回路を構成するトランジスタ２２お
よび２３および制御トランジスタ１４を介して磁気検出
回路１を所定のレベルにコントロールする。
【００１７】５はカレントミラー回路を構成するトラン
ジスタ４７，４８および４９，５０で構成されるプリド
ライブ回路で、トランジスタ４７および４９のコレクタ
はトランジスタ３３および２９のコレクタに接続され、
トランジスタ４８および５０のコレクタはそれぞれＶCC
に接続されている。
【００１８】６はモータの駆動コイル５５および５６を
駆動するための出力回路で、カレントミラー回路を構成
するトランジスタ５１，５２および５３，５４とで構成
され、トランジスタ５１および５３のコレクタはトラン
ジスタ４７，４８および４９，５０の共通エミッタにそ
れぞれ接続され、トランジスタ５２および５４のコレク
タはモータの駆動コイル５５および５６を介してＶCCに
それぞれ接続されている。
【００１９】また、２１，２６および４６は定電流源で
ある。一点鎖線で示す７は集積回路を表わしているが、
磁気検出回路１は集積回路７に内蔵することもできる。
【００２０】図２は図１の１〜６で示された各回路単位
をブロック化した図である。なお、図２において、６１
は図１に示された定電流源２１，２６および４６よりな
る定電流回路、６２は図１に示されたモータの駆動コイ
ル５５および５６の総称である。
【００２１】以上のように構成された本発明の動作につ
いて説明する。２相半波駆動の場合、相の切替え時には
誘起電圧が発生しないため、電流が大きくなり、電流の
時間に対する変化率で決定されるスイッチングパルスが
発生する。したがってこのスイッチングパルスを抑える
には電流の大きさおよび電流変化の傾斜を考慮しなけれ
ばならない。相切替え時の電流変化の傾斜を抑えるには
正弦波駆動にすればよいが、切替回路として構成が簡単
な差動増幅器を用いる場合には相切替え時に信号レベル
が等しくなり、定電流源より供給される電流Ｉの１／２
ずつが出力回路に流れて両相ともオン状態となる。
【００２２】これを改善するために本出願人は、特開平
３−７１３６号公報で述べたようにキャンセル回路を設
けて振り分けトランジスタのコレクタに常に１／２の電
流を流して切替え時に出力へは電流が流れないようにし
た。また実開平４−５６６８２号公報では切替回路の差
動増幅器を並列型とした。しかしながら、いずれの場合
も出力信号の一部を負帰還しているだけなので、トラン
ジスタのｈＦＥ等のバラツキに対して出力信号を充分に
安定化しているとはいいがたい。
【００２３】本発明では、切替回路の差動増幅器からの
出力信号をカレントミラー回路でモニタし、基準電圧と
比較してホール素子等の磁気検出回路をコントロールす
るようにしている。すなわち、図１においてトランジス
タ３８，３９および４２，４３のベースをそれぞれ共通
に結び、トランジスタ３８および４３のコレクタはカレ
ントミラー回路を構成するトランジスタ２８，２９，３
０および３１，３２，３３のうちトランジスタ２８，２
９およびトランジスタ３２，３３を介して出力回路６に
接続されている。またトランジスタ３９および４２のコ
レクタはカレントミラー回路を構成するトランジスタ３
４，３５および３６，３７を介してトランジスタ４３お
よび３８のコレクタに接続され、出力に流れる電流をキ
ャンセルするようにはたらく。したがって切替回路３か
ら流れ出る電流は各相とも０〜Ｉ／２となる。カレント
ミラー回路を構成するトランジスタ２８，２９，３０お
よび３１，３２，３３のうちトランジスタ３０および３
１のコレクタ電流は出力電流を完全にモニタしているの
でこれを合成し、抵抗２７で電圧信号に変換しＡＧＣ回
路４で基準電圧ＦＥと比較して磁気検出回路１をコント
ロールすれば完全に閉ループになり、出力信号は基準電
圧ＦＥにより一義的に決定される。したがって基準電圧
ＦＥを定電圧回路で安定化すれば安定な出力信号が得ら
れる。
【００２４】図４は本発明の他の実施例で、３００は図
１の切替回路３と置換することができるものである。す
なわち、差動増幅器を構成するトランジスタ８３および
８４のコレクタはカレントミラーを構成するトランジス
タ７７，７８，７９および８０，８１，８２のうちトラ
ンジスタ７７，７８およびトランジスタ８１，８２を介
して出力回路に接続されている。また定電流源８７の１
／２に設定された他の定電流源７３および７６からカレ
ントミラー回路を構成するトランジスタ７１，７２およ
び７４，７５を介してトランジスタ８３および８４のコ
レクタに定電流を流すと、出力回路に流れる電流をキャ
ンセルするようにはたらく。したがって切替回路３００
から流れ出る電流は各相とも０〜Ｉ／２となる。カレン
トミラー回路を構成するトランジスタ７７，７８，７９
および８０，８１，８２のうちトランジスタ７９および
８０のコレクタ電流は出力電流を完全にモニタしている
のでこれを合成し、抵抗２７で電圧信号に変換しＡＧＣ
回路４で基準電圧ＦＥと比較して磁気検出回路１をコン
トロールすれば完全に閉ループになり、出力信号は基準
電圧ＦＥにより一義的に決定される。したがって基準電
圧ＦＥを定電圧回路で安定化すれば安定な出力信号が得
られる。
【００２５】このようにすれば出力電流波形は図３
（ａ）のようになり、出力電圧波形は図３（ｂ）のよう
になってスイッチングパルスは抑制される。
【００２６】また基準電圧を安定化する場合に用いる定
電圧回路の応用例として図５がある。すなわち、８はス
タート回路で、コレクタとエミッタがそれぞれ並列に接
続されたトランジスタ９８および９９と、ダイオード接
続されたトランジスタ９２および１０１，１０２と、抵
抗９１および９３，１００と、ツェナーダイオード９７
と、カレントミラー回路を構成するトランジスタ９４，
９５，９６とで構成されている。９は定電圧回路で、制
御トランジスタ１０３とツェナーダイオード１０４とで
構成されている。
【００２７】ここで、ツェナーダイオード９７がなけれ
ば通常の定電圧回路であり、その特性は図６の点線Ｂで
示すようになり、電源電圧ＶCCが低い時でも上記定電圧
回路は非安定な出力Ｖregを与える。その結果回路全体
が影響を受けて所定の動作以外の動作をすることがあ
る。このような不具合をなくすためにツェナーダイオー
ド９７のツェナー電圧を上記定電圧回路が安定な出力Ｖ
regを与えるように図６のＡ１〜Ａ２のように選べば以
上のような不具合を防ぐことができる。
【００２８】また、本発明では図示していないがロータ
がロックした場合、モータ駆動コイルの電流を遮断し、
定期的に再起動パルスを発生するようにしたロック検出
回路と、このロック検出回路からの出力信号を受けてモ
ータ駆動コイルに流れる電流を断続するロック保護回路
とを備え、ロータのロック時にモータ駆動コイルの過電
流による焼損を防止するとともに再起動パルスによるス
イッチングパルスを抑えるようにしてもよい。
【００２９】なお、１相全波駆動方式でも適用できるこ
とはもちろんである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明のブラシレス
モータの駆動回路は、切替回路で振り分けられた出力電
流をモニタして合成し、ＡＧＣ回路の基準電圧と比較す
るようにしたことにより、大きな外付部品を用いること
なく、通常回転時においてもロータがロックされた時で
もスイッチングパルスを防止することができ、スイッチ
ングノイズのない、しかも相切替え時の無効電流が少な
い効率の高い駆動回路回路を提供でき、ＩＣ化するに最
適である。したがって部品点数の低減、余裕スペースの
確保等その効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動回路図
【図２】図１をブロックで表わした説明図
【図３】図１の出力電圧波形を示す図
【図４】本発明の他の一実施例におけるブラシレスモー
タの駆動回路図
【図５】本発明の一実施例における定電圧回路の説明図
【図６】図５の特性図
【図７】従来例におけるブラシレスモータの駆動回路図
【図８】従来例の他のブラシレスモータの駆動回路にお
ける出力回路図
【図９】図７のコンデンサで対策時の出力電圧波形と図
８のツェナーダイオードで対策時の出力電圧波形を示す
図
【符号の説明】
１ 磁気検出回路 ２ 位置信号増幅回路 ３ 切替回路 ４ ＡＧＣ回路 ５ プリドライブ回路 ６ 出力回路 ７ 集積回路 ８ スタート回路 ９ 定電圧回路 １１ 磁気抵抗素子 １３，１１８，１２２ コンデンサ ２１，２６，４６ 定電流源 ５５，５６，１１９，１２３，１３５ 駆動コイル ６１ 定電流回路 ６２ コイル ９７，１０４，１３３ ツェナーダイオード １１１ ホールＩＣ １１４，１１５ ダイオード

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロータの回転位置を検出する磁気検出素
    子を含む磁気検出回路と、上記磁気検出回路の出力を増
    幅する位置信号増幅回路と、上記位置信号増幅回路の出
    力信号を各相に振り分ける切替回路と、上記磁気検出素
    子の出力感度のバラツキによる磁気検出回路の出力のバ
    ラツキをコントロールする自動増幅度制御回路と、上記
    切替回路で振り分けられた出力電流を電力増幅するプリ
    ドライブ回路と、上記プリドライブ回路の出力によりモ
    ータ駆動コイルを駆動する出力回路とを備え、上記切替
    回路で振り分けられた出力電流をモニタして合成し、上
    記自動増幅度制御回路の基準電圧と比較するようにした
    ことを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
  2. 【請求項２】 ロータのロック時にモータ駆動コイルの
    電流を遮断し、定期的に再起動パルスを発生するように
    したロック検出回路と、上記ロック検出回路の出力信号
    を受けてモータ駆動コイルに流れる電流を断続するロッ
    ク保護回路とを備え、ロータのロック時に上記モータ駆
    動コイルの過電流による焼損を防止するとともに再起動
    パルスによるスイッチングパルスを抑えるようにしたこ
    とを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動
    回路。
  3. 【請求項３】 上記切替回路で振り分けられた出力電流
    をモニタして合成し積分回路で積分し、上記自動増幅度
    制御回路の基準電圧と比較するようにしたことを特徴と
    する請求項１記載のブラシレスモータの駆動回路。
  4. 【請求項４】 上記切替回路は２個１組の２対のトラン
    ジスタで構成され、１個のトランジスタの出力はカレン
    トミラー回路を介して他の対の他の１個のトランジスタ
    の出力にフィードバックするように構成されたことを特
    徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動回路。
  5. 【請求項５】 ロータの回転位置を検出する磁気検出素
    子を含む磁気検出回路と、上記磁気検出回路の出力を増
    幅する位置信号増幅回路と、上記位置信号増幅回路の出
    力信号を各相に振り分ける切替回路と、上記磁気検出素
    子の出力感度のバラツキによる磁気検出回路の出力のバ
    ラツキをコントロールする自動増幅度制御回路と、上記
    切替回路の動作電流の１／２の電流を上記切替回路の出
    力に打ち消すように導入するキャンセル回路と、上記切
    替回路で振り分けられた出力電流を電力増幅するプリド
    ライブ回路と、上記プリドライブ回路の出力によりモー
    タ駆動コイルを駆動する出力回路とを備え、上記切替回
    路で振り分けられた出力電流をモニタして合成し、上記
    自動増幅度制御回路の基準電圧と比較するようにしたこ
    とを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。
  6. 【請求項６】 上記切替回路で振り分けられた出力電流
    をモニタして合成し積分回路で積分し、上記自動増幅度
    制御回路の基準電圧と比較するようにしたことを特徴と
    する請求項５記載のブラシレスモータの駆動回路。
  7. 【請求項７】 スタート回路と、定電圧回路と、ロータ
    の回転位置を検出する磁気検出素子を含む磁気検出回路
    と、上記磁気検出回路の出力を増幅する位置信号増幅回
    路と、上記位置信号増幅回路の出力信号を各相に振り分
    ける切替回路と、上記磁気検出素子の出力感度のバラツ
    キによる磁気検出回路の出力のバラツキをコントロール
    する自動増幅度制御回路と、上記切替回路で振り分けら
    れた出力電流を電力増幅するプリドライブ回路と、上記
    プリドライブ回路の出力によりモータ駆動コイルを駆動
    する出力回路とを備え、上記切替回路で振り分けられた
    出力電流をモニタして合成し、上記自動増幅度制御回路
    の基準電圧と比較するようにしたことを特徴とするブラ
    シレスモータの駆動回路。
  8. 【請求項８】 ツェナーダイオードを用いて所定の電圧
    からスタートするように構成されたことを特徴とする請
    求項７記載のブラシレスモータの駆動回路。
  9. 【請求項９】 上記切替回路で振り分けられた出力電流
    をモニタして合成し積分回路で積分し、上記自動増幅度
    制御回路の基準電圧と比較するようにしたことを特徴と
    する請求項７記載のブラシレスモータの駆動回路。
  10. 【請求項１０】 上記切替回路は２個１組の２対のトラ
    ンジスタで構成され、１個のトランジスタの出力はカレ
    ントミラー回路を介して他の対の他の１個のトランジス
    タの出力にフィードバックするように構成されたことを
    特徴とする請求項７記載のブラシレスモータの駆動回
    路。
  11. 【請求項１１】 スタート回路と、定電圧回路と、ロー
    タの回転位置を検出する磁気検出素子を含む磁気検出回
    路と、上記磁気検出回路の出力を増幅する位置信号増幅
    回路と、上記位置信号増幅回路の出力信号を各相に振り
    分ける切替回路と、上記磁気検出素子の出力感度のバラ
    ツキによる磁気検出回路の出力のバラツキをコントロー
    ルする自動増幅度制御回路と、上記切替回路の動作電流
    の１／２の電流を上記切替回路の出力に打ち消すように
    導入するキャンセル回路と、上記切替回路で振り分けら
    れた出力電流を電力増幅するプリドライブ回路と、上記
    プリドライブ回路の出力によりモータ駆動コイルを駆動
    する出力回路とを備え、上記切替回路で振り分けられた
    出力電流をモニタして合成し、上記自動増幅度制御回路
    の基準電圧と比較するようにしたことを特徴とするブラ
    シレスモータの駆動回路。
  12. 【請求項１２】 ツェナーダイオードを用いて所定の電
    圧からスタートするように構成されたことを特徴とする
    請求項１１記載のブラシレスモータの駆動回路。
  13. 【請求項１３】 上記切替回路で振り分けられた出力電
    流をモニタして合成し積分回路で積分し、上記自動増幅
    度制御回路の基準電圧と比較するようにしたことを特徴
    とする請求項１１記載のブラシレスモータの駆動回路。
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