特許 6231357 モータの駆動装置、駆動方法、および冷却装置、電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6231357

(24)【登録日】2017年10月27日

(45)【発行日】2017年11月15日

(54)【発明の名称】モータの駆動装置、駆動方法、および冷却装置、電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/08 20060101AFI20171106BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/08

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-232962(P2013-232962)

(22)【出願日】2013年11月11日

(65)【公開番号】特開2015-95929(P2015-95929A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 賢治

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０８３３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７４８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３６８６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０４３１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１９３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３４４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２８５０４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０２５４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２４１０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブラシレスＤＣモータの駆動装置であって、
相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成する駆動信号生成部と、
相ごとに、前記制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するドライバと、
所定の相において、前記制御パルス信号に対応して前記所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、前記コイルに流れる電流の位相を示す電流位相検出信号を生成する電流位相検出部と、
前記電流位相検出信号にもとづいて、通電波形の周波数を調節する周波数調節部と、
を備え、
前記周波数調節部は、位相基準に応じて定められたタイミングにおける前記電流位相検出信号が示すコイル電流の向きにもとづいて、前記通電波形の周波数を調節することを特徴とする駆動装置。

【請求項2】

前記電流位相検出部は、前記制御パルス信号のパルス幅と前記端子電圧のパルス幅の関係にもとづいて、前記電流位相検出信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

ブラシレスＤＣモータの駆動装置であって、
相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成する駆動信号生成部と、
相ごとに、前記制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するドライバと、
所定の相において、前記制御パルス信号に対応して前記所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、前記コイルに流れる電流の位相を示す電流位相検出信号を生成する電流位相検出部と、
を備え、
前記電流位相検出部は、
前記端子電圧を所定のしきい値電圧と比較し、検出パルス信号に変換する電圧コンパレータと、
前記検出パルス信号のパルス幅を測定し、パルス幅検出値を生成するカウンタと、
前記制御パルス信号のパルス幅に応じたパルス幅指令値と、前記パルス幅検出値を比較するデジタルコンパレータと、
を備え、前記制御パルス信号のパルス幅と前記端子電圧のパルス幅の関係にもとづいて、前記電流位相検出信号を生成し、
前記ドライバは、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含み、
前記デジタルコンパレータは、前記ハイサイドトランジスタのオン時間を示すパルス幅指令値に定数を加算した値と、前記パルス幅検出値を比較することを特徴とする駆動装置。

【請求項4】

前記定数は、前記デッドタイムの長さに応じて定められることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記ブラシレスＤＣモータは三相モータであり、
前記電流位相検出部は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれにおいて、前記端子電圧のパルス幅を測定する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装置。

【請求項6】

前記ブラシレスＤＣモータは三相モータであり、
前記電流位相検出部は、前記所定の相において、コイル電流が増加する区間と、コイル電流が減少する区間の両方において、前記端子電圧のパルス幅を測定する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装置。

【請求項7】

三相のブラシレスＤＣモータの駆動装置であって、
相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成する駆動信号生成部と、
相ごとに、前記制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するドライバと、
所定の相において、前記制御パルス信号に対応して前記所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、前記コイルに流れる電流の位相を示す電流位相検出信号を生成する電流位相検出部と、
を備え、
前記電流位相検出部は、前記所定の相において、コイル電流が増加する区間と、コイル電流が減少する区間の両方において、前記端子電圧のパルス幅を測定することを特徴とする駆動装置。

【請求項8】

前記ブラシレスＤＣモータは、ファンモータであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項9】

ファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項１から８のいずれかに記載の駆動装置と、
を備えることを特徴とする冷却装置。

【請求項10】

請求項９に記載の冷却装置を備えることを特徴とする電子機器。

【請求項11】

ブラシレスＤＣモータの駆動方法であって、
相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成するステップと、
相ごとに、前記制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するステップと、
所定の相において、前記制御パルス信号に対応して前記所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、前記コイルに流れるコイル電流の位相を示す電流位相検出信号を生成するステップと、
前記電流位相検出信号にもとづいて通電波形の周波数を調節するステップと、
を備え、
前記周波数を調節するステップは、位相基準に応じて定められたタイミングにおける前記電流位相検出信号が示すコイル電流の向きにもとづいて、前記周波数を調節することを特徴とする駆動方法。

【請求項12】

三相ブラシレスＤＣモータの駆動方法であって、
相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成するステップと、
相ごとに、前記制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するステップと、
所定の相において、前記制御パルス信号に対応して前記所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、前記コイルに流れるコイル電流の位相を示す電流位相検出信号を生成するステップと、
を備え、
前記電流位相検出信号を生成するステップにおいて、前記所定の相において、コイル電流が増加する区間と、コイル電流が減少する区間の両方において、前記端子電圧のパルス幅を測定することを特徴とする駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ駆動技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ブラシレスＤＣモータなど、ブラシによる転流機構を有しないモータでは、ロータの位置に応じて、コイルに供給する電流の向きを切りかえる必要がある。かかるブラシレスＤＣモータの駆動方式は大きく、ホール素子から得られるロータの位置情報を利用する方式と、ホール素子を利用せずに、コイルに生ずる逆起電力（誘起電圧）のゼロクロス点にもとづいて、ロータの位置を推定するセンサレス方式と、に二分される。

【0003】

三相ブラシレスモータの制御方法としては、１２０度通電方式と１８０度通電駆動方式（正弦波駆動）が広く用いられる。１２０度通電方式は、制御が容易である反面、１８０度通電方式と比べて騒音や振動が発生し易い。一方、１８０度通電方式では、１２０度、１５０度通電方式に比べて、静音性及び振動特性に優れ、また効率が高いが、ひとたび同期が外れると制御不能となることから、１２０度通電方式に比べて制御が複雑である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２８５９８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

センサレス方式において逆起電力を検出するためには、コイルに流れる電流をゼロにする必要がある。

【0006】

１２０度通電方式では、あるひとつの相のコイルに着目すると、１２０度正方向通電区間、６０度非通電区間、１２０度負方向通電区間、６０度非通電区間を繰り返す。したがって、６０度非通電区間を利用することにより、逆起電力を容易に検出することができる。

【0007】

一方、１８０度通電方式（正弦波駆動方式）では、各コイルには常に電流が流れており、１２０度通電方式のように非通電区間を利用することができない。そこで１８０度通電方式では、逆起電力のゼロクロス点が発生するであろう時刻を含むように検出区間を設定し、検出区間において、ドライバの出力を強制的にハイインピーダンス状態とする必要がある。

【0008】

ファンモータなどの静粛性が要求される用途では、１８０度正弦波駆動が採用される場合があるが、ロータの位置検出、あるいはコイル電流の位相検出のために長い検出区間（非通電区間）を設定すると、１８０度通電方式の本来の利点である静粛性を損ない、また振動が発生するという問題がある。

【0009】

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、低騒音および／または低振動でモータを駆動可能なモータ駆動装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある態様は、ブラシレスＤＣモータの駆動装置に関する。駆動装置は、相ごとにパルス変調された制御パルス信号を生成する駆動信号生成部と、相ごとに、制御パルス信号に応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムが挿入された駆動電圧を生成し、各相のコイルに印加するドライバと、所定の相において、制御パルス信号に対応して所定の相のコイルの一端に生ずる端子電圧のパルス幅にもとづいて、コイルに流れる電流の位相を示す電流位相検出信号を生成する電流位相検出部と、を備える。

【0011】

デッドタイムの間、コイルの一端はハイインピーダンス状態となっており、ドライバからコイルに流れ込む向き（ソース方向という）にコイル電流が流れるときには、端子電圧は接地電圧付近となり、コイルからドライバに流れ込む向き（シンク方向）にコイル電流が流れるときには、端子電圧は電源電圧付近となる。したがって、デッドタイムにおける端子電圧のパルス幅は、コイル電流の向きに応じてデッドタイム分、変化する。
この態様によれば、端子電圧のパルス幅を利用することにより、非通電区間を挿入することなく、コイル電流の位相情報を得ることができ、ひいてはモータを低騒音および／または低振動で駆動することができる。
なお本明細書において、パルス幅とは、矩形信号のハイレベル区間の長さ、あるいはローレベル区間の長さを意味する。

【0012】

電流位相検出部は、制御パルス信号のパルス幅と端子電圧のパルス幅の関係にもとづいて、電流位相検出信号を生成してもよい。
制御パルス信号はパルス変調されているため、そのデューティ比（パルス幅）は、時々刻々と変化する。この態様によれば、制御パルス信号のパルス幅と端子電圧のパルス幅の相対的な関係にもとづいて、任意のタイミングにおいて、コイル電流の向きを判定できる。

【0013】

ある態様において駆動装置は、電流位相検出信号にもとづいて、通電波形の周波数を調節する周波数調節部をさらに備えてもよい。
これにより、モータを、高トルクおよび／または、高効率で回転させることができる。

【0014】

周波数調節部は、所定の相のコイル電流の向きが反転する電流ゼロクロス点と位相基準とが所定の関係を満たすように、電流位相検出信号にもとづいて通電波形の周波数を調節してもよい。

【0015】

周波数調節部は、位相基準に応じて定められたタイミングにおいて電流位相検出信号が示すコイル電流の向きにもとづいて、通電波形の周波数を調節してもよい。

【0016】

周波数調節部は、ある期間にわたる複数の電流位相検出信号にもとづいて、所定の相のコイル電流の向きが反転する電流ゼロクロス点を検出してもよい。
ある期間にわたり電流位相検出信号をモニタすることにより、電流位相検出信号が示す電流の向きが反転することを検出することができる。

【0017】

電流位相検出部は、駆動電圧を所定のしきい値電圧と比較し、検出パルス信号に変換する電圧コンパレータと、検出パルス信号のパルス幅を測定し、パルス幅検出値を生成するカウンタと、制御パルス信号のパルス幅に応じたパルス幅指令値とパルス幅検出値を比較するデジタルコンパレータと、を備えてもよい。

【0018】

ドライバは、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含んでもよい。デジタルコンパレータは、ハイサイドトランジスタのオン時間を示すパルス幅指令値に定数を加算した値と、パルス幅検出値を比較してもよい。定数は、デッドタイムの長さに応じて定められてもよい。

【0019】

ブラシレスＤＣモータは三相モータであり、電流位相検出部は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれにおいて、制御パルス信号のパルス幅と端子電圧のパルス幅を比較してもよい。
これにより、応答性を高めることができる。

【0020】

ブラシレスＤＣモータは三相モータであり、電流位相検出部は、所定の相において、コイル電流が増加する区間と、コイル電流が減少する区間の両方において、制御パルス信号のパルス幅と端子電圧のパルス幅を比較してもよい。
これにより、応答性を高めることができる。

【0021】

しきい値電圧は、駆動電圧のハイレベル電圧の略１／２であってもよい。

【0022】

ある態様の駆動装置は、電流位相検出信号にもとづいて、制御パルス信号の位相を調節する位相調節部をさらに備えてもよい。

【0023】

ある態様において駆動装置は、所定の相のコイルに生ずる誘起電圧がゼロとなる電圧ゼロクロス点を検出する電圧ゼロクロス検出部をさらに備えてもよい。位相調節部は、電流位相検出信号にもとづいて所定の相のコイル電流の向きが反転する電流ゼロクロス点と、電圧ゼロクロス点が一致するように、制御パルス信号の位相を調節してもよい。

【0024】

電圧ゼロクロス検出部は、ホール素子からのブラシレスＤＣモータのロータの位置を示す一対のホール信号を比較し、ホール検出信号を生成するホールコンパレータを含んでもよい。

【0025】

電圧ゼロクロス検出部は、ブラシレスＤＣモータの所定の相のコイルの端子をハイインピーダンスとした状態で、端子電圧とコイルの中点電圧を比較する逆起電力検出コンパレータを含んでもよい。

【0026】

ブラシレスＤＣモータは、ファンモータであってもよい。

【0027】

本発明の別の態様は冷却装置に関する。冷却装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述のいずれかの駆動装置と、を備えてもよい。

【0028】

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は、上述の冷却装置を備えてもよい。

【0029】

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。

【発明の効果】

【0030】

本発明のある態様によれば、低騒音および／または低振動でモータを駆動できる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】第１の実施の形態に係る冷却装置を備える電子機器を示すブロック図である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は、デッドタイムにおけるドライバの状態を示す回路図である。

【図3】ドライバの状態を示す波形図である。

【図4】駆動電圧（通電波形）Ｖ_Ｕ、コイル電流Ｉ_Ｕ、電流ゼロクロス点の関係を示す図である。

【図5】通電波形の周波数ｆと、位相基準と電流ゼロクロス点の位相差φの関係を示す図である。

【図6】図６（ａ）〜（ｃ）は、周波数調節部による周波数制御の例を示す図である。

【図7】第２の実施の形態に係る駆動装置を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

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。

【0033】

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のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
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、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

【0034】

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る冷却装置２００を備える電子機器１００を示すブロック図である。電子機器１００は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなどの計算機、あるいは冷蔵庫やテレビなどの家電製品であり、冷却対象、たとえばＣＰＵ１０２を備える。冷却装置２００は、送風によってＣＰＵ１０２を冷却する。

【0035】

冷却装置２００は、ファンモータ２０２および駆動装置３００を備える。ファンモータ２０２は、三相ブラシレスＤＣモータであり、冷却対象のＣＰＵ１０２に近接して配置される。駆動装置３００は、ファンモータ２０２のトルク（回転数、あるいは印加電圧）を指示するための制御入力信号（以下、単に制御信号という）Ｓ１にもとづいてファンモータ２０２を駆動する。冷却装置２００は、モジュール化されて市販、流通される。

【0036】

ファンモータ２０２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相、Ｌ相のコイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗと、図示しない永久磁石を備える。

【0037】

駆動装置３００は、ひとつの半導体基板上に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。駆動装置３００の電源端子には、電源電圧Ｖ_ＣＣが供給され、その接地端子には接地電圧Ｖ_ＧＮＤが供給される。また駆動装置３００の出力端子ＯＵＴＵ〜ＯＵＴＷは、ファンモータ２０２のコイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗの一端と接続される。

【0038】

駆動装置３００は、駆動信号生成部３１０、ドライバ３２０、電流位相検出部３３０、を備え、ファンモータ２０２を１８０度正弦波駆動する。

【0039】

駆動信号生成部３１０は、相ごとにパルス変調された制御パルス信号Ｓ２を生成する。制御パルス信号Ｓ２を平滑化した信号は、正弦波もしくはそれに類した波形を有しており、また平滑化した信号の振幅は、制御信号Ｓ１に応じている。本実施の形態では、駆動信号生成部３１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの制御パルス信号Ｓ２_Ｕ〜Ｓ１_Ｗを生成する。図１にはＵ相のみが示される。

【0040】

ドライバ３２０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれについて、制御パルス信号Ｓ２_Ｕ、Ｓ２_Ｖ、Ｓ２_Ｗに応じたデューティ比を有しかつ所定のデッドタイムＴ_Ｄが挿入された駆動電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗを生成し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗそれぞれの一端に印加する。

【0041】

たとえばドライバ３２０は、プリドライバ３２２およびブリッジ回路３２４を含む。ブリッジ回路３２４は、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２を含むプッシュプル形式で構成される。プリドライバ３２２は、制御パルス信号Ｓ２にもとづいて、ハイサイドトランジスタＭ１をオン、ローサイドトランジスタＭ２をオフするハイレベル時間Ｔ_ＯＮ、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２を両方オフするデッドタイムＴ_Ｄ、ハイサイドトランジスタＭ１をオフ、ローサイドトランジスタＭ２をオンするローレベル時間Ｔ_ＯＦＦ、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２を両方オフするデッドタイムＴ_Ｄ、を順に繰り返す。

【0042】

ハイレベル時間Ｔ_ＯＮにおいて、駆動電圧Ｖ_Ｕは電源電圧Ｖ_ＣＣとなり、ローレベル時間Ｔ_ＯＦＦにおいて駆動電圧Ｖ_Ｕは接地電圧Ｖ_ＧＮＤとなる。

【0043】

電流位相検出部３３０は、所定の相（ここではＵ相とする）において、制御パルス信号Ｓ２_Ｕに対応してＵ相のコイルＬ_Ｕの一端（ＯＵＴＵ）に生ずる端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅にもとづいて、コイルＬ_Ｕに流れる電流Ｉ_Ｕの位相を示す電流位相検出信号Ｓ３_Ｕを生成する。

【0044】

好ましくは電流位相検出部３３０は、制御パルス信号Ｓ２_Ｕのパルス幅と端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅の関係にもとづいて、電流位相検出信号Ｓ３_Ｕを生成する。

【0045】

図２（ａ）、（ｂ）は、デッドタイムにおけるドライバ３２０の状態を示す回路図である。デッドタイムにおいて、ハイサイドトランジスタＭ１およびローサイドトランジスタＭ２は両方オフとなり、出力端子ＯＵＴＵがハイインピーダンス状態となる。図２（ａ）には、デッドタイムにおいて、ドライバ３２０からコイルＬ_Ｕに流れ込む向き（ソース方向という）にコイル電流Ｉ_Ｕが流れる状態が示される。このとき、コイル電流Ｉ_Ｕは、ローサイドトランジスタＭ２のボディーダイオードを経由して流れ、したがって端子電圧Ｖ_Ｕは、接地電圧Ｖ_ＧＮＤ付近となる。

【0046】

図２（ｂ）には、デッドタイムにおいて、コイルＬ_Ｕからドライバ３２０に流れ込む向き（シンク方向という）にコイル電流Ｉ_Ｕが流れる状態が示される。このとき、コイル電流Ｉ_Ｕは、ハイサイドトランジスタＭ１のボディーダイオードを経由して流れ、したがって端子電圧Ｖ_Ｕは、電源電圧Ｖ_ＣＣ付近となる。

【0047】

図３は、ドライバ３２０の状態を示す波形図である。この実施の形態では、ハイサイドトランジスタＭ１のゲートパルス信号Ｖ_ＧＨは、制御パルス信号Ｓ２のハイレベル時間よりもデッドタイムＴ_Ｄ短い時間、ハイレベルとなり、ローサイドトランジスタＭ２のゲートパルス信号Ｖ_ＧＬは、制御パルス信号Ｓ２のローレベル時間よりもデッドタイムＴ_Ｄ長い時間、ハイレベルとなる。

【0048】

Ｉ_Ｕ＞０の期間、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅Ｔｂは、制御パルス信号Ｓ２のパルス幅Ｔａより長くなる。反対にＩ_Ｕ＞０の期間、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅Ｔｂは、制御パルス信号Ｓ２のパルス幅Ｔａより短くなる。

【0049】

この性質を利用して、電流位相検出部３３０は、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅にもとづいて、コイル電流Ｉ_Ｕの向き、すなわちその位相情報を得る。

【0050】

図１に戻る。電流位相検出部３３０の構成は特に限定されないが、たとえば電流位相検出部３３０は、電圧コンパレータ３３２、カウンタ３３４、デジタルコンパレータ３３６を含む。

【0051】

電圧コンパレータ３３２は、端子電圧Ｖ_Ｕを所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨと比較し、検出パルス信号Ｓ４に変換する。カウンタ３３４は、クロック信号ＣＫを利用して検出パルス信号Ｓ４のパルス幅（本実施の形態ではハイレベルの時間Ｔｂ）を測定し、パルス幅検出値Ｓ５を生成する。

【0052】

駆動信号生成部３１０は、現在の制御パルス信号Ｓ２_Ｕのパルス幅Ｔａに応じたパルス幅指令値Ｓ６を、デジタルコンパレータ３３６に対して出力する。デジタルコンパレータ３３６は、パルス幅指令値Ｓ６とパルス幅検出値Ｓ５を比較することにより、コイル電流Ｉ_Ｕの向きを判定し、判定結果に応じた電流位相検出信号Ｓ３_Ｕを生成する。

【0053】

パルス幅指令値Ｓ６は、ハイサイドトランジスタＭ１のオン時間Ｔ_ＯＮＨを示してもよい。デジタルコンパレータ３３６は、パルス幅指令値Ｓ６に定数Ｋを加算した値と、パルス幅検出値Ｓ５を比較してもよい。定数Ｋは、デッドタイムＴ_Ｄの長さに応じて定められてもよい。パルス幅指令値Ｓ６が、クロック信号ＣＫの周期Ｔ_ＣＫを単位として、ハイサイドトランジスタＭ１のオン時間Ｔ_ＯＮＨを表すものであり、定数Ｋが、クロック信号ＣＫの周期Ｔ_ＣＫを単位としてデッドタイムＴ_Ｄの長さを表すとき、デジタルコンパレータ３３６は、Ｓ６＋Ｋと、Ｓ５を比較してもよい。Ｓ６＋Ｋは図３のＴａに対応し、Ｓ５は図３のＴｂに対応する。

【0054】

あるいは、パルス幅指令値Ｓ６は、ローサイドトランジスタＭ２のオフ時間Ｔ_ＯＦＦＬを示してもよい。デジタルコンパレータ３３６は、パルス幅指令値Ｓ６から定数Ｋを減算した値Ｓ６−Ｋと、パルス幅検出値Ｓ５を比較してもよい。Ｓ６−Ｋは図３のＴａに対応し、Ｓ５は図３のＴｂに対応する。

【0055】

このように、実施の形態に係る駆動装置３００によれば、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅Ｔｂを利用することにより、非通電区間を挿入することなく、コイル電流Ｉ_Ｕの向きつまりその位相を判定することができ、ひいてはファンモータ２０２を低騒音および／または低振動で駆動することができる。

【0056】

本発明者は、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅Ｔｂを利用したコイル電流の位相判定に代えて、デッドタイムＴ_Ｄに対応して端子電圧Ｖ_Ｕに生ずる突起部分Ｔ_Ｄ’の電圧レベルを利用して位相判定を行う技術（以下、比較技術という）についても検討した。

【0057】

一般的にデッドタイムＴ_Ｄは極めて短く設定される。加えて、ハイサイドトランジスタＭ１、ローサイドトランジスタＭ２のターンオン時間、ターンオフ時間は、デッドタイムＴ_Ｄに比べて無視できない程度に長く、ターンオン時間、ターンオフ時間は、トランジスタ素子ごとにばらついてしまう。かかる事情から、端子電圧Ｖ_Ｕの突起部分Ｔ_Ｄ’が発生するタイミングを正確に予測することは困難である。これらの理由から、比較技術によってコイル電流の位相判定することは難しい。

【0058】

これに対して、実施の形態に係る位相判定方法では、端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅に着目しているため、端子電圧Ｖ_Ｕの突起部分Ｔ_Ｄ’が時間的に前後したとしても、その影響を抑制しつつコイル電流の位相を検出できる。

【0059】

続いて、電流位相検出部３３０により検出されたコイル電流の位相情報の利用方法について説明する。

【0060】

図１の駆動装置３００は、上述の構成に加えてさらに、周波数調節部３４０を備える。

【0061】

周波数調節部３４０は、電流位相検出信号Ｓ３_Ｕにもとづいて、駆動電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗの波形（通電波形という）の周波数を調節する。通電波形の周波数は、パルス幅変調のスイッチング周波数ではなく、駆動電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗの包絡線の周波数に相当する。

【0062】

より具体的には、周波数調節部３４０は、Ｕ相のコイル電流Ｉ_Ｕの向きが反転する電流ゼロクロス点と位相基準とが所定の関係を満たすように、電流位相検出信号Ｓ３_Ｕにもとづいて通電波形の周波数ｆを調節する。

【0063】

図４は、駆動電圧（通電波形）Ｖ_Ｕ、コイル電流Ｉ_Ｕ、電流ゼロクロス点の関係を示す図である。位相基準は、位相基準と電流ゼロクロス点が一致したとき（φ＝０）に、駆動効率が高くなるように、もしくは、高トルクが得られるように定められる。

【0064】

図５は、通電波形の周波数ｆと、位相基準と電流ゼロクロス点の位相差φの関係を示す図である。周波数調節部３４０は、電流ゼロクロス点が位相基準より遅れている場合、周波数ｆを高め、反対に電流ゼロクロス点が位相基準より進んでいる場合、周波数ｆを低下させる。

【0065】

周波数調節部３４０による周波数制御により、位相差φがゼロに維持され、ファンモータ２０２を最適な回転数で駆動することができ、高効率を実現することができる。

【0066】

図６（ａ）〜（ｃ）は、周波数調節部３４０による周波数制御の例を示す図である。図６（ａ）、（ｂ）では、周波数調節部３４０は、位相基準に対応してひとつ、あるいは複数の検出タイミングが設定され、各検出タイミングにおけるコイル電流Ｉ_Ｕの向きにもとづいて、周波数ｆを制御する。

【0067】

図６（ａ）では、位相基準に検出タイミングＴ_１が設定される。そして、検出タイミングＴ_１において、（i）コイル電流Ｉ_Ｕが正のとき、つまりコイル電流Ｉ_Ｕの位相が遅れているとき、周波数ｆに係数α（α＞１）を乗算して周波数ｆを高め、（ii）コイル電流Ｉ_Ｕが負のとき、つまりコイル電流Ｉ_Ｕの位相が進んでいるとき、周波数ｆに係数β（β＜１）を乗算し、周波数ｆを低下させる。

【0068】

図６（ｂ）では、位相基準の前後かつ近傍に、複数の検出タイミングＴ_１、Ｔ_２が設定される。そして、複数の検出タイミングＴ_１、Ｔ_２それぞれにおけるコイル電流Ｉ_Ｕの向きの組み合わせに応じて周波数ｆを調節する。（i）検出タイミングＴ_１、Ｔ_２おいて、コイル電流Ｉ_Ｕがいずれも正のとき、コイル電流Ｉ_Ｕの位相が遅れていると判定され、周波数ｆに係数α（α＞１）を乗算して周波数ｆを高める。また（ii）検出タイミングＴ_１、Ｔ_２おいて、コイル電流Ｉ_Ｕがいずれも負のとき、コイル電流Ｉ_Ｕの位相が進んでいると判定され、周波数ｆに係数β（β＜１）を乗算して周波数ｆを低下させる。（iii）検出タイミングＴ_１におけるコイル電流Ｉ_Ｕが正、検出タイミングＴ_２におけるコイル電流Ｉ_Ｕが負であるとき、電流ゼロクロス点が位相基準の近傍（Ｔ_１〜Ｔ_２の間）に含まれると判定され、周波数ｆは維持される。図６（ｂ）の制御によれば、周波数が振動するのを防止できる。

【0069】

検出タイミングは、３個以上設けてもよい。この場合、位相差φの大きさを判定できるため、位相差φに応じて係数α、βを変化させてもよい。これにより、系を高速に安定化させることができる。

【0070】

図６（ｃ）では、周波数調節部３４０は、ある期間Ｔにわたる複数の電流位相検出信号Ｓ３_Ｕにもとづいて、Ｕ相のコイル電流Ｉ_Ｕの向きが反転する電流ゼロクロス点の時刻を測定する。この制御では、位相差φの長さを測定することができるため、位相差φがゼロとなるようなフィードバック制御を行うことができる。たとえば周波数調節部３４０は、Ｐ（比例）コントローラ、ＰＩ（比例積分）コントローラ、ＰＩＤ（比例積分微分）コントローラで構成してもよい。

【0071】

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係る駆動装置３００ａを示す回路図である。駆動装置３００ａは、図１の駆動装置３００の周波数調節部３４０に代えて、位相調節部３５０および電圧ゼロクロス検出部３６０を備える。

【0072】

位相調節部３５０は、電流位相検出部３３０により生成される電流位相検出信号Ｓ３_Ｕにもとづいて、制御パルス信号Ｓ２_Ｕ、Ｓ２_Ｖ、Ｓ２_Ｗの位相、言い換えれば駆動電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗ（通電波形）の位相を調節する。

【0073】

電圧ゼロクロス検出部３６０は、所定の相（たとえばＵ相）のコイルＬ_Ｕに生ずる誘起電圧がゼロとなる電圧ゼロクロス点を検出し、電圧ゼロクロス点ごとにレベルが遷移する電圧ゼロクロス検出信号Ｓ７を生成する。たとえば電圧ゼロクロス検出部３６０は、ロータの位置を示す一対のホール信号を生成するホール素子２０４と、ホール素子２０４からのホール信号を比較し、ホール検出信号Ｓ７を生成するホールコンパレータ３６２を含んでもよい。

【0074】

位相調節部３５０は、Ｕ相のコイル電流Ｉ_Ｕの向きが反転する電流ゼロクロス点と電圧ゼロクロス点が一致するように、電流位相検出信号Ｓ３_Ｕにもとづいて制御パルス信号Ｓ２の位相を調節する。

【0075】

以上が駆動装置３００ａの構成である。
この駆動装置３００によれば、電流位相検出信号Ｓ３にもとづいて、転流制御を行うことができる。すなわち、位相調節部３５０は、電流位相検出信号Ｓ３にもとづいて進相角（あるいは遅相角）を決定し、電圧ゼロクロス検出信号Ｓ７が示す電圧ゼロクロス点に対して、進相角（遅相角）シフトさせたタイミングで、転流を行う。つまり位相調節部３５０は、転流のタイミングに電流位相検出信号Ｓ３を反映することにより、コイル電流Ｉ_Ｕと誘起電圧ｅの位相関係を所定の関係（たとえば同相）に近づけることができ、高効率、あるは高トルクでファンモータ２０２を駆動することができる。

【0076】

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。

【0077】

（第１の変形例）
第１、第２の実施の形態において、電流位相検出部３３０は、Ｕ相の端子電圧Ｖ_Ｕのパルス幅にもとづいて、電流位相検出信号Ｓ３を生成する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば電流位相検出部３３０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相すべての相において、端子電圧Ｖ_Ｕ〜Ｖ_Ｗのパルス幅を測定してもよい。
第１の実施の形態では、周波数調節部３４０は、Ｕ〜Ｗ相それぞれの、電流ゼロクロス点と位相基準の位相差φ_Ｕ〜φ_Ｗにもとづいて周波数制御を行ってもよい。この場合、Ｕ相のみに着目する場合に比べて３倍の速度で周波数制御が可能となる。
あるいは周波数調節部３４０は、位相差φ_Ｕ〜φ_Ｗを平均化し、平均値にもとづいて位相制御を行ってもよい。これは相ごとに位相差のばらつきが大きい場合に有効である。

【0078】

また第２の実施の形態では、位相調節部３５０は、Ｕ〜Ｗ相それぞれの、電流ゼロクロス点と電圧ゼロクロス点の差にもとづいて、通電波形の位相制御を行ってもよい。この場合、Ｕ相のみに着目する場合に比べて３倍の速度で周波数制御が可能となる。
あるいは、位相調節部３５０は、Ｕ〜Ｗ相で得られた電流ゼロクロス点と電圧ゼロクロス点の差を平均化し、平均値にもとづいて位相制御を行ってもよい。これは相ごとに位相差のばらつきが大きい場合に有効である。

【0079】

あるいは、Ｖ相のみ、Ｗ相のみの端子電圧のパルス幅を測定してもよいし、任意の２つの相の組み合わせにおいて端子電圧のパルス幅を測定してもよいし、

【0080】

（第２の変形例）
図３、図４、図６では、コイル電流Ｉ_Ｕが減少する区間において、端子電圧のパルス幅を測定する例を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえば電圧ゼロクロス検出部３６０は、コイル電流が増加する区間とコイル電流が減少する区間の両方において、あるいはコイル電流が増加する区間のみにおいて、端子電圧のパルス幅を測定してもよい。

【0081】

（第３の変形例）
実施の形態では、各信号のハイレベル区間をパルス幅としたが、本発明はそれには限定されない。電流位相検出部３３０は、制御パルス信号Ｓ２_Ｕのパルス幅を、そのローレベルの時間Ｔｃとして、端子電圧（つまり検出パルス信号Ｓ４）Ｖ_Ｕのパルス幅を、ローレベルの時間Ｔｄとして、パルス幅を比較してもよい。

【0082】

パルス幅指令値Ｓ６は、ローサイドトランジスタＭ２のオン時間Ｔ_ＯＮＬを示してもよい。デジタルコンパレータ３３６は、パルス幅指令値Ｓ６に定数Ｋを加算した値Ｓ６＋Ｋと、パルス幅検出値Ｓ５を比較してもよい。Ｓ６＋Ｋは図３のＴｃに対応し、Ｓ５は図３のＴｄに対応する。
あるいはパルス幅指令値Ｓ６は、ハイサイドトランジスタＭ１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦＨを示してもよい。デジタルコンパレータ３３６は、パルス幅指令値Ｓ６から定数Ｋを減算した値Ｓ６−Ｋと、パルス幅検出値Ｓ５を比較してもよい。Ｓ６−Ｋは図３のＴｃに対応し、Ｓ５は図３のＴｄに対応する。

【0083】

（第４の変形例）
第２の実施の形態では、電圧ゼロクロス点を検出するためにホール素子２０４を利用する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば電圧ゼロクロス検出部３１４は、ブラシレスＤＣモータの所定相（たとえばＵ相）のコイルＬ_Ｕの端子をハイインピーダンスとした状態で、端子電圧Ｖ_Ｕとコイルの中点電圧Ｖ_ＣＯＭを比較する逆起電力検出コンパレータを含んでもよい。

【0084】

あるいは電圧ゼロクロス検出部３６０は、コイル、エンコーダやレゾルバなどを利用して、ロータの位置、すなわち電圧ゼロクロス点を検出してもよい。

【0085】

（第５の変形例）
第２の実施の形態では、コイル電流Ｉ_Ｕの位相を、誘起電圧ｅの位相と一致させる場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。モータの種類や用途によっては、それらの位相が完全に一致しているときよりも、わずかにずれているときの方が効率あるいはトルクの観点から好ましい場合も想定される。この場合、電圧ゼロクロス点に対して検出区間を前後にシフトさせることで、コイル電流の位相の目標位置を任意に設定できる。

【0086】

（第６の変形例）
実施の形態では、コイル電流Ｉ_Ｕの位相を、端子電圧のパルス幅とそれのもととなる制御パルス信号のパルス幅との比較にもとづいて検出する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば検出タイミングが固定されており、制御パルス信号のパルス幅が所定値に固定される場合、端子電圧のパルス幅をその所定値に応じたしきい値と比較すればよい。

【0087】

（第７の変形例）
ブラシレスＤＣモータの相数は特に限定されず、たとえば単相であってもよい。

【0088】

（第８の変形例）
実施の形態において、冷却装置２００を電子機器に搭載してＣＰＵを冷却する場合について説明したが、本発明の用途はこれには限定されず、発熱体を冷却するさまざまなアプリケーションに用いることができる。さらにいえば、本実施の形態に係る駆動装置３００の用途は、ファンモータの駆動に限定されるものではなく、その他の各種モータの駆動に用いることができる。

【0089】

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0090】

１００…電子機器、１０２…ＣＰＵ、２００…冷却装置、２０２…ファンモータ、２０４…ホール素子、３００…駆動装置、３１０…駆動信号生成部、３２０…ドライバ、３２２…プリドライバ、３２４…ブリッジ回路、３３０…電流位相検出部、３３２…電圧コンパレータ、３３４…カウンタ、３３６…デジタルコンパレータ、３４０…周波数調節部、３５０…位相調節部、３６０…電圧ゼロクロス検出部、Ｓ１…制御信号、Ｓ２…制御パルス信号、Ｓ３…電流位相検出信号、Ｓ４…検出パルス信号、Ｓ５…パルス幅検出値、Ｓ６…パルス幅指令値、Ｓ７…電圧ゼロクロス検出信号、Ｍ１…ハイサイドトランジスタ、Ｍ２…ローサイドトランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】