JPS62201088A

JPS62201088A - ホ−ル素子のバイアス回路

Info

Publication number: JPS62201088A
Application number: JP61041509A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kusakabe; 博巳日下部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1987-09-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えばブラシレスモータに用いられるホール
素子のバイアス回路に関する。

（従来の技術）近年、超小形、薄形のヘッドホーンステレオや、小形の
一体形ビデオカメラ等の普及に伴い、部平な低コストの
モータが要求されるようになってきた。極限までの形態
では、扁平ブラシレスモータが必須になってくるが、従
来の慨念では、ロス１−上昇が避けられなかった。

ブラシレスモータのシステムの簡易化、ローコスト化は
、例えば米国特許第４，２１１，９６３号等に見られる
ように、ホール素子１個の２相半波モータでありながら
、ロータマグネッ！・のＷ　ｔｏに工夫を施し、巧妙に
トルクが零となる死点を発生させないようにした七−夕
がある。しかしながら、ホール素子が１１［ｉｉｌであ
るとは言え、複雑な電子回路を別に設けてモータを制御
することに変わりはなく、ブラシ付モータとコストで競
合できるところまでは行っていない。

第６図は、このような従来のブラシレスモータのシステ
ムの例を示すもので、ステータ本体１１には、３組のス
テータコイル１２が２相で計６個装肴されている。また
、このステータ本体１１には、位置検出用のホール素子
１３も取付けられている。このようなステータ本体１１
は、７本のワイヤ１４を介して、上記ステータコイル１
２の駆動回路が構成された電子回路基板１５に電気的に
接続されている。

上記ワイヤ１４の７本の内訳は、上記ステータコイル１
２用に３本、上記ホール素子１３の電流供給用に２本、
ホール電圧検出信号用に２本である。上記電子回路基板
１５には、上記ステータコイル１２の駆動回路を構成す
るモータ制御回路用の集（＾回路１６゜速度調整用の半
固定抵抗器１７．及びいくつかのチップ部品１８が装着
されている。上記チップ部品１８は、チップパワートラ
ンジスタ、抵抗、コンデンサ等である。なお、図中１９
は、′Ｒ源供給用の引出線である。また、特に図示はし
ないが、上記ステータコイル１２と対向して、例えば６
極にＷｆＧされたロータマグネットが設けられている。

このような構成のブラシレスモータは、磁界検出用の上
記ホール素子１３で転流のタイミング信号を得て、上記
ステータコイル１２の各相を交互にオン・オフして回転
トルクを得ていた。上記磁界検出用のホール素子１３は
、ゲルマニウム（Ｇｅ　）、シリコン（Ｓｉ）、インジ
ウム・アンチモナイド（ＩｎＳｂ）、インジウム・アー
セナイド（ＩｎＡｓ）等が用いられており、前述の構成
のように上記ステータコイル１２の駆動回路とは別に設
（）られていた。

このように、従来のブラシレスモータのシステムは、か
なり７１１　雑であり、従来のブラシ付モータとコスト
の点で相当開きがあったため、普及形の前述のようなセ
ットには採用がむずかしがった。

また、電子回路部が基板１５の面積を要したため、小形
化にも難があった。

このようなブラシレスモータにおける上記ホール素子１
３のバイアス回路は、例えば第７図に示すようなもので
あった。すなわち、ホール素子１３の出力電極が差動増
幅器２０を構成するエミッタ共通のトランジスタの各ベ
ースに接続されていた。しかしこのような回路では、第
８図に実線で示すように、ベースバイアス電圧が、原点
に向かって直線的にＶｃｃに比例する形で変化するので
、上記差動増幅器２０のＶＯＥに相当する電圧で、上記
差動増幅器２０のトランジスタがＤ作不能になる。この
電圧は比較的高いもので、この図示した回路では、２Ｖ
ｓ　Ｅ　＝　　１．４Ｖ以上となる。すなわち、このよ
うな従来のホール素子のバイアス回路は、ＩＢ低電圧（
１〜１，５Ｖ　）の利用には適さなかった。

また、温度特性の補償も充分ではなかった。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、超低電圧（
１〜１，５Ｖ　＞時のホール電圧出力の増幅器の動作限
界電圧を極限まで下げ、且つホール素子の温度特性の補
償も行うホール素子のバイアス回路を提供するものであ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段及び作用）すなわち、こ
の発明に係わるホール素子のバイアス回路にあっては、
ホール素子と直列にダイオードを［することによって、
差動増幅器のバイアスを最適化すると共に、高温で感度
の低下するホール素子の電流を高温時に増大させ補償を
行うようにしたものである。

（実施例）以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図はその回路構成を示すもので、ホール素子１３の入力
電通のマイナス側（図中下方）にダイオード３０が直列
に接続されている。上記ホール素子の出力電極は、差動
増幅器２０を構成するエミッタが共通接続されたＮＰＮ
トランジスタの各ベースに接続されている。

このように、ダイオード３０を直列に接続すると。

ベースバイアス電圧は第２図に実線で示すようになり、
即ち動作限界電圧が下がって、２ＶＢＥ＝０．９Ｖ付近
まで差動増幅器２０のトランジスタが動作する。

なお、上記差動増幅器２０がＰＮＰ形の場合には、当然
乍からダイオード３０は、プラス側（図中上方）に入る
。

また、第３図は、ホール索子１３を例えばシリコンチッ
プに載せた場合の感度の温度特性を示す図で、シリコン
ｎ形エピタキシャルの比抵抗が、２Ωｃｒｓ　（図中破
線で示す）の詩には、マイナス０．６％／’Ｃ１比抵抗
が０．６Ωｃｍ（図中実線で示す）の時には、マイナス
０．５６％／℃の温度特性を有するものであり、つまり
高温になるほど感度が低下する。このようなホール索子
１３を前述の構成のように、ダイオードを介してバイア
スすることによって温度特性の補償が可能となる。

この場合、当然Ｖｃｃの値によって補償のズレがでる。

定性的に見ると、第３図より、［＋＋　　５０℃の変化
で、１１７／　８５＝　１．３７６５なる比率で感度変
動がある。

（２）　　５０℃の変化で、ダイオード３０のＶＦは、
１００１１１Ｖ変動する。

よって、Ｖｃｃ−（ＶＦ−ΔＶＦ）　　　１１７Ｖｃｃ　−ＶＦ
　　　　　８５、’、　　３２Ｖ　Ｆ　＋　８５ΔＶｐ−３２Ｖｃｃ、
’、　　Ｖｃ　ｃ　＝Ｖｐ　＋　（８５／３２）ΔＶｐ
＝　０．７＋　（８５，−’３２）　ｘ　Ｏ，１＝　０
．９Ｇ（３Ｖ従って、このような構成では、Ｖｃｃ＝　１ｖの時に、
完全な温度特性補償が成される。つまり、ホール電圧出
力が最小となって、最も厳しい条件に曝される減電圧リ
ミット付近で条件が満たされることは好ましい。なお、
増電圧時は、ホール出力が充分大きくなるので、多少の
温度特性は問題ないと思われる。

このように、ホール素子１３に直列にダイオード３０を
接続することによって、差動増幅器２０のバイアスを最
適化すると共に、高温で感度の低下するホール素子１３
の電流を高温時に増大させ補償を行うことができる。

第４図は、このようなホール素子のバイアス回路を含む
集積回路３１の内部等価回路を示す図である。図中、１
３が集積回路内に作った上記ホール素子であり、３０が
トランジスタのバイアス適正化とホール素子の温度特性
補償を兼ねた上記ダイオードである。

また、３２は特公昭５３−１７０２９に開示されたよう
な正帰還回路を含んだ高利１ｑ増幅器であり、ホール電
圧を増幅する。３３は中継増幅器で、ホール電圧を更に
増幅するが、ここでは既にスイッチング動作になってい
る。動作電流１ま、電圧比較器３４の出力によって決定
される。

３５、３Ｇはパワートランジスタであり、ステータコイ
ル１２．　、１２２を交互に駆動する。３７は定電流電
源部である。これは、帰還形の定電流回路となっており
、その値はトランジスタの電流密度の違い（比）に起因
する熱電圧と抵抗によって決まる。

この定電流回路３７は、確実に動作が起動するように、
スタータ回路を含んでいる。

上記電圧比較器３４は、基準電圧発生器からの基ＱＮ圧
（ポイント３８）と、ステータコイル１２１゜１２２か
らの誘起電圧に比例した電圧を発生するポイント３９と
の電位差を比較し、その電位差が零になるように帰還回
路が形成されている。上記ポイント３９には、該集積回
路３１外部に速度調整用の上記半固定抵抗器１７と、平
滑用の容Ｂｉａｉが接続される。

また、４０はステータコイル１２１　、１２２の誘起電
圧検出部である。ステータコイル１２１　、１２２が上
記パワートランジスタ３５．３６によって駆動されてい
る期間はオフしており、ステータコイル１２１゜１２２
にＮ流が流れていない時に、誘起電圧に比例した電流を
導出して、上記ポイント３９に供給する。

コンデンサ１８２は、速度制御ループの周波数特性を制
限して発振を押えるためのものである。これは、ループ
利得の設定によっては、必ずしも必要としない外付部品
である。

トランジスタ４１は、サーマルシャットダウン機能を有
している。たった１素子という簡単な構成でチップ温度
を検出することができる。即ち、ペースエミッタ間に印
加される電圧は熱電圧ＶＴに比例した電圧であり、約プ
ラス０．４％／℃の温度特性を有している。また、トラ
ンジスタのＶＢＥは、約マイナス２ｍＶ／’Ｃ１即ち約
マイナス０．３％／’Ｃ程度の温度特性を有しているか
ら、等何泊に０．４＋　０．３＝　０．７％／℃はどの
温度傾斜を検出することになり、温度検知感度が高い。

ベースが接続される検知点は、上記定電流源のスタータ
回路のエミッタ抵抗両端電圧を利用しているため、起動
時以外はカットオフされるスタータ回路の段能を乱すこ
となく、素子数節減ができる。

このような回路構成とすることにより、外付部品の少な
い集積回路回路が構成できる。

第５図はこのような集積回路３１を用いたブラシレスモ
ータの構成を示ずちので、ステータ本体１１には、各巻
線が１個置きに直列結線された２相のステータコイル１
２がｉｔされている。また、このステータ本体１１には
、プリンｌ−基板１５が一体的に設けられている。この
基板１５には、フラットパッケージに封入された上記集
積回路３１が装着されている。この集積回路３１には、
前述したようにホールセンサが内蔵されており、該チッ
プは丁度転流に必要な電気角位置になるように、上記基
板１５に装着されている。この集積回路３１のリードフ
レームは、トルクムラを生成しないように、非磁性体の
材質が用いられている。上記基板１５にはまた、速度調
整用の半固定抵抗器１７と、外付のチップコンデンサ１
８も装着されている。なお、図中１９は電源と接地のた
めの引出線である。

また、上記ステータコイル１２と対向して、同図（ｂ）
に示すように、６極に着磁されているロータマグネット
５１が設けられている。このロータマグネット５１は、
一部特殊着磁が１−ルク死点を避けるだめに施されてい
るが、その原理は米国特許第４．２１１，９６３舅等に
よるものであるので、ここでは割愛する。なお、同図（
ｂ）中５２は、上記ロータ５１と共に回転する構造とさ
れた背面板であり、これは透［ｎ率の高い材質で形成さ
れている。

このような構成のブラシレスモータにＭ源を上記引出線
１９から供給すれば、上記速度調整用の半固定抵抗器１
１によって設定された速度でモータは回転する。

即ち、本発明によるホール素子のバイアス回路を組込ん
だ集積回路を使用することにより、モータの超小形化、
薄形化、更にはローコスト化が実現し、従来のブラシ付
モータと電子ガバナの組合わせに匹敵するコストが達成
できる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明によれば、超低電圧（１〜
１．５Ｖ　）時のホール電圧出力の増幅器の動作限界電
圧を極限まで下げ、且つホール素子の温度特性の補償も
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるホール素子のバイアス回路の一
実施例を示す回路構成図、第２図は本発明のホール素子
のバイアス回路による差動増幅器のトランジスタの動作
限界電圧を説明するための図、第３図はホール素子の感
度の温度特性を説明するための図、第４図は本発明のホ
ール素子のバイアス回路が適用される集積回路の具体的
な内部等価回路図、第５図は第４図の集積回路を使用す
るブラシレスモータの構成を示すもので、（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図、第６図は従来のブラシレスモータ
を示す図、第７図は従来のホール素子のバイアス回路を
示す図、第８図は従来のホール素子のバイアス回路によ
る差動増幅器のトランジスタの動作限界電圧を示すため
の図である。１３・・・ホール素子、　２０・・・差動増幅器　３０
・・・ダイオード。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第２図周囲１度　Ｔａ（’Ｃ）第３図第５図払第６図

Claims

【特許請求の範囲】

ホール電圧出力電極がエミッタ共通のトランジスタによ
る差動増幅器の各トランジスタのベースに接続されたホ
ール素子の入力電極に、少なくとも一つのダイオードを
直列に接続して成ることを特徴とするホール素子のバイ
アス回路。