特開 2024-144388 モータドライバ回路および駆動方法、それを用いた冷却装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024144388

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】モータドライバ回路および駆動方法、それを用いた冷却装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/20 20160101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

H02P6/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024055336

(22)【出願日】2024-03-29

(31)【優先権主張番号】P 2023056547

(32)【優先日】2023-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【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】清水 浩之

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 翼

【テーマコード（参考）】

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H560AA01

5H560BB04

5H560BB07

5H560DA02

5H560DB02

5H560DC12

5H560EB01

5H560EC01

5H560EC02

5H560ED07

5H560HA01

5H560HA02

5H560JJ02

5H560JJ13

5H560RR10

5H560SS01

5H560UA01

5H560XA12

5H560XB01

(57)【要約】

【課題】強制同期起動期間中に正確なＦＧ信号を発生可能なモータドライバ回路を提供する。
【解決手段】コントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬにもとづいて、モータ１０２と接続されるインバータ回路２３０を制御する。コントロールロジック回路２１０は、強制同期駆動のための通電パターンを発生し、通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替える。コントロールロジック回路２１０は、ハイ検出区間中に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのハイを検出すると、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}をハイとし、ロー検出区間中に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのローを検出すると、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}をローとする。そして当該内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}に応じたＦＧ信号を発生する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホール信号にもとづいて、前記モータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備え、
前記コントロールロジック回路は、
強制同期駆動のための通電パターンを発生し、前記通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替え、ハイ検出区間中に、前記ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、前記ホール信号のローを検出すると、前記内部ホール信号をローとし、当該内部ホール信号に応じたＦＧ信号を発生する、モータドライバ回路。

【請求項2】

前記ブリッジ回路をさらに備える、請求項１に記載のモータドライバ回路。

【請求項3】

ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。

【請求項4】

前記モータはファンモータである、請求項１または２に記載のモータドライバ回路。

【請求項5】

センサ付きのファンモータと、
前記モータを駆動する請求項１または２に記載のモータドライバ回路と、
を備える、冷却装置。

【請求項6】

プロセッサと、
前記プロセッサを冷却するファンモータと、
前記モータを駆動する請求項１または２に記載のモータドライバ回路と、
を備える、電子機器。

【請求項7】

モータの駆動方法であって、
ホール信号を発生するステップと、
強制同期駆動のための通電パターンを発生するとともに、前記通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替えるステップと、
ハイ検出区間中に、前記ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、前記ホール信号のローを検出すると、前記内部ホール信号をローとするステップと、
前記内部ホール信号にもとづいてＦＧ信号を発生するステップと、
を備える、駆動方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータドライバ回路に関する。

【背景技術】

【0002】

モータドライバ回路は、駆動対象のモータの回転数を示すＦＧ（Frequency Generation）信号を外部に出力する。センサ付きモータの場合、モータがある程度速い速度で回転している状態では、ホール信号にもとづいてＦＧ信号を発生することができる。

【0003】

モータが停止しているとき、ホール信号は一定レベルとなる。そこでモータドライバ回路は、モータの駆動開始時には、ホール信号とは無関係に、所定時間ごとに駆動相を所定の順序で切替える。これを強制同期駆動という。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－０８８２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

強制同期駆動によりモータが回転し始めると、パルス状のホール信号が現れる。しかしながら、強制同期起動期間中、ホール信号は磁界の影響によってチャタリングする。そのためホール信号にもとづいてＦＧ信号を生成すると、精度が低下する。

【0006】

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の目的のひとつは、強制同期起動期間中に正確なＦＧ信号を発生可能なモータドライバ回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のある態様のモータドライバ回路は、ホール信号にもとづいて、モータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備える。コントロールロジック回路は、強制同期駆動のための通電パターンを発生し、通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替え、ハイ検出区間中に、ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、ホール信号のローを検出すると、内部ホール信号をローとし、当該内部ホール信号に応じたＦＧ信号を発生する。

【0008】

本開示の別の態様は、モータの駆動方法である。この駆動方法は、ホール信号を発生するステップと、強制同期駆動のための通電パターンを発生するとともに、通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替えるステップと、ハイ検出区間中に、ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、ホール信号のローを検出すると、内部ホール信号をローとするステップと、内部ホール信号にもとづいてＦＧ信号を発生するステップと、を備える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本開示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】

【0010】

本開示のある態様によれば、強制同期起動期間中に正確なＦＧ信号を発生できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施の形態に係るモータドライバ回路を備えるシステムの回路図である。

【図2】図２は、インバータ回路の状態を示す図である。

【図3】図３は、１２０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）で生成される信号を示す図である。

【図4】図４は、１８０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）で生成される信号を示す図である。

【図5】図５は、コントロールロジック回路の状態遷移図である。

【図6】図６は、起動開始時に、モータの回転が停止していたときのタイムチャートである。

【図7】図７は、起動開始時に、モータが回転数より遅い速度で空転していたときのタイムチャートである。

【図8】図８は、起動開始時に、モータが回転数より速い速度で空転していたときのタイムチャートである。

【図9】図９は、強制同期起動期間におけるＦＧ信号の発生を説明する図である。

【図10】図１０は、冷却装置を備えるコンピュータの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0013】

一実施形態に係るモータドライバ回路は、ホール信号にもとづいて、モータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備える。コントロールロジック回路は、強制同期駆動のための通電パターンを発生し、通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替え、ハイ検出区間中に、ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、ホール信号のローを検出すると、内部ホール信号をローとし、当該内部ホール信号に応じたＦＧ信号を発生する。

【0014】

強制同期区間中に、ロータが、通電パターンにもとづく回転磁界に追従しているものと仮定して、ホール信号がハイとなるべき期間をハイ検出区間、ホール信号がローとなるべき期間をロー検出区間と定める。そして、ハイ検出区間中に、ホール信号のハイを検出すると、それを正しいものとして内部ホール信号をハイとし、ホール信号のローを検出した場合はそれを誤ったものとして無視し、内部ホール信号のレベルを維持する。同様に、ロー検出区間中に、ホール信号のローを検出すると、それを正しいものとして内部ホール信号をローとし、ホール信号のハイを検出した場合はそれを誤ったものとして無視し、内部ホール信号のレベルを維持する。こうして生成される内部ホール信号は、ホール信号からチャタリングなどの影響を除去したものとなるから、この内部ホール信号を利用することで、正確なＦＧ信号を生成できる。

【0015】

一実施形態に係るモータドライバ回路は、ブリッジ回路をさらに備えてもよい。

【0016】

一実施形態に係るモータドライバ回路は、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。

【0017】

一実施形態において、モータはファンモータであってもよい。

【0018】

一実施形態に係る冷却装置は、センサ付きのファンモータと、モータを駆動する上述のいずれかのモータドライバ回路と、を備えてもよい。

【0019】

一実施形態に係る電子機器は、プロセッサと、プロセッサを冷却するファンモータと、モータを駆動する上述のいずれかのモータドライバ回路と、を備えてもよい。

【0020】

（実施形態）
以下、好適な実施の形態について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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

図１は、実施の形態に係るモータドライバ回路２００を備えるシステム１００の回路図である。モータドライバ回路２００は、モータ１０２を駆動する。モータ１０２は、三相ブラシレスＤＣモータであり、１個のホール素子１０４が取り付けられた１ホールセンサ付きモータである。たとえばモータ１０２は、ファンモータであり、システム１００は、冷却装置であり得る。あるいはシステム１００は、冷却装置と、冷却対象のＣＰＵなどを備える電子機器であってもよい。

【0024】

ホール素子１０４には、モータドライバ回路２００によって生成されるホールバイアス電圧Ｖ_ＨＢが供給される。ホール素子１０４は、モータ１０２のロータの位置を示す一対のホール電圧Ｖ_Ｈ＋，Ｖ_Ｈ－を出力する。

【0025】

モータドライバ回路２００は、モータ１０２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルと接続されるＵ相出力Ｕ、Ｖ相出力Ｖ、Ｗ相出力Ｗを有する。またモータドライバ回路２００は、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋，Ｖ_Ｈ－を受けるホール入力端子ＨＩＮ＋，ＨＩＮ－を有する。各相の出力ＯＵＴ＃（＃＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）またはハイインピーダンス状態（ＨｉＺ）を取り得る。ハイＨは、固定的なハイのみでなく、ＰＷＭ変調された状態も含みうる。

【0026】

モータドライバ回路２００は、コントロールロジック回路２１０、プリドライバ２２０、インバータ回路２３０、ホール信号生成回路２４０、逆起電力検出回路２５０、電流リミット回路２６０、オシレータ２８０、出力回路２８２、レギュレータ回路２８４、バッファ２８６を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化される。「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。

【0027】

モータドライバ回路２００の電源（ＶＤＤ，ＶＭ）端子には、図示しない外部電源からの電源電圧Ｖ_ＤＤが供給される。

【0028】

オシレータ２８０は、システムクロック信号を生成する。オシレータ２８０の発振周波数は、周波数設定ピンＳＯＳＣに接続されるキャパシタＣ_３の容量値に応じて調節可能となっている。

【0029】

レギュレータ回路２８４は、所定レベルに安定化された電圧Ｖ_ＲＥＧを生成する。電圧Ｖ_ＲＥＧは、モータドライバ回路２００の内部の各回路ブロックに供給される。

【0030】

ホール信号生成回路２４０は、ホールバイアス回路２４２およびホールコンパレータ２４４を含む。ホールバイアス回路２４２は、ＨＢピンを介してホール素子１０４にバイアス信号を供給する。ホールコンパレータ２４４は、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋とＶ_Ｈ－を比較し、大小関係を示すホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを生成する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋、Ｖ_Ｈ－が交差するたびに遷移するパルス信号である。

【0031】

逆起電力検出回路２５０は、モータ１０２の中性点電圧Ｖ_ＣＯＭを、出力電圧Ｖ_Ｕと比較することにより、ＢＥＭＦ信号を生成する。この例では、電圧源２５２が、中性点電圧Ｖ_ＣＯＭを生成する。中性点電圧Ｖ_ＣＯＭは、電源電圧Ｖ_Ｍの中点電圧Ｖ_Ｍ／２ととってもよいし、３相出力電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗをスター結線された抵抗網によって分圧することにより得てもよい。あるいはモータ１０２に中性点のタップが設けられている場合、タップの電圧を、中性点として用いることができる。なお、逆起電力を検出する際には、検出用の窓が開けられ、この窓の期間、インバータ回路２３０の出力がハイインピーダンスとされる。

【0032】

回転数制御ピンＰＷＭには、モータ１０２の回転数の指令信号が入力される。この指令信号は、パルス幅変調された信号（ＰＷＭ）として与えられ、そのデューティサイクルが、回転数の目標値を表す。

【0033】

コントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬ、ＢＥＭＦ信号にもとづいて、インバータ回路２３０の状態を制御する制御信号Ｓ_ＣＮＴを生成する。たとえばコントロールロジック回路２１０は、１２０°通電方式あるいは１８０°通電方式（もしくは１５０°通電方式）によって、制御信号Ｓ_ＣＮＴを生成することができる。コントロールロジック回路２１０は、モータ１０２の目標回転数（ＰＷＭ信号のデューティサイクル）に応じて、モータ１０２のＰＷＭ制御のデューティサイクルをスケーリングしてもよい。

【0034】

プリドライバ２２０は、コントロールロジック回路２１０が生成した制御信号Ｓ_ＣＮＴにもとづいて、インバータ回路２３０を駆動する。インバータ回路２３０は、三相ブリッジ回路であり、Ｕ相レグ２３２、Ｖ相レグ２３４、Ｗ相レグ２３６を含む。Ｕ相レグ２３２は上アームＵＨ，下アームＵＬを含み、Ｖ相レグ２３４は上アームＶＨ，下アームＶＬを含み、Ｗ相レグ２３６は上アームＷＨ，下アームＷＬを含む。上アーム＃Ｈがオン、下アーム＃Ｌがオフのとき、出力ＯＵＴ＃はハイ、上アーム＃Ｈがオフ、下アーム＃Ｌがオンのとき、出力ＯＵＴ＃はロー、上アーム＃Ｈと下アーム＃Ｌが両方オフのとき、出力ＯＵＴ＃はハイインピーダンスとなる。

【0035】

インバータ回路２３０は、抵抗接続ピンＲＮＦを介してシャント抵抗Ｒ_１と接続される。シャント抵抗Ｒ_１には、モータ１０２に流れる電流に応じた電圧降下（電流検出信号）が発生する。電流リミット回路２６０の電流クランプコンパレータ２６２は、電流検出信号をクランプ電圧Ｖ_ＣＬと比較する。コントロールロジック回路２１０は、電流クランプコンパレータ２６２の出力にもとづいて、オン状態にあるアームをターンオフする。これにより、電流制限がかかる。電流リミット回路２６０はソフトスタート機能を備える。電流源２６６は、ピンＳＳに接続されるキャパシタＣ_４を充電する。アンプ２６４は、ピンＳＳの電圧をスケーリングし、ソフトスタート電圧Ｖ_ＳＳを生成する。電流クランプコンパレータ２６２は、電圧Ｖ_ＣＬとＶ_ＳＳのうち、低い方を、クランプレベルとする。

【0036】

コントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬに応じて、ＦＧ信号を発生する。出力回路２８２は、ＦＧ信号を端子ＦＧから外部に出力する。コントロールロジック回路２１０によるＦＧ信号の発生について説明する。

【0037】

モータ１０２を安定的に回転しているときには、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを直接利用してＦＧ信号が生成される。

【0038】

モータ１０２が安定的に回転する前、すなわちモータの始動時のＦＧ信号の発生について説明する。

【0039】

コントロールロジック回路２１０は、シーケンサ２１２、パターン発生器２１４、内部ホール信号発生器２１６、ＦＧ信号発生器２１８を備える。シーケンサ２１２は、ステートマシンであり、モータドライバ回路２００の状態を制御する。パターン発生器２１４は、各状態に応じて、インバータ回路２３０の状態を規定する制御信号Ｓ_ＣＮＴを発生する。

【0040】

たとえばモータドライバ回路２００は、以下の状態φ１～φ７を取り得る。

【0041】

・第１状態φ１
第１状態φ１において、コントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷをハイインピーダンス状態（ＨｉＺ）とする。この第１状態φ１は、空転判定に利用される。

【0042】

・第２状態φ２
第２状態φ２においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを、所定の状態に固定する。所定の状態は限定されないが、一例では、ＯＵＴＵ＝Ｈ，ＯＵＴＶ＝Ｌ，ＯＵＴＷ＝Ｈである。第２状態φ２は、位置が確定しないロータの位置を、所定の位置（初期位置と称する）で固定するために利用され、初期位置固定区間とも称する。

【0043】

・第３状態φ３
第３状態φ３においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷの状態を、所定時間ごとに、つまりホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化と無関係に、所定の順序で切りかえる。第３状態φ３を、強制同期起動区間とも称する。

【0044】

・第４状態φ４
第４状態φ４においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷの状態を、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、つまりロータの回転と同期して、所定の順序で切りかえる（転流制御）。第４状態φ４は、モータ１０２を安定的に回転させる区間でありホール駆動区間とも称される。第４状態φ４では、三相出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷは、１２０°通電方式、あるいは１８０°通電方式で制御される。

【0045】

１２０°通電方式では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、駆動電流を供給するコイル（駆動相）を切り替えかえる（転流制御）。

【0046】

１８０°通電方式では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬにもとづいて、駆動相を切り替えかえる（転流制御）。また１８０度通電方式では、モータ１０２の回転数に応じて、正弦波駆動のための波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷを生成し、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷにもとづいて、インバータ回路２３０をＰＷＭ制御する。

【0047】

・第５状態φ５
第５状態φ５において、コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１と同様に、インバータ回路２３０の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷをハイインピーダンス状態とする。

【0048】

・第６状態φ６
第６状態φ６においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを同一レベル（たとえばすべてロー）に固定する。ファンモータに異物が挟まるなどして、モータがロックした場合に、コイルや半導体素子に過大な電流が流れるなどしてデバイスとしての信頼性を損ねるおそれがある。第６状態φ６は、こうした問題に対処するために、モータの停止時にモータコイルへの通電を停止するロック保護区間に対応する。

【0049】

・第７状態φ７
第７状態φ７においてコントロールロジック回路２１０は、第６状態φ６と同様に、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを同一レベル（たとえばすべてロー）に固定する。第７状態φ７は、ファンモータの起動時に、空転しているロータを強制的に停止させるブレーキ区間に対応する。

【0050】

図２は、インバータ回路２３０の状態を示す図である。図２の左には、第１状態φ１および第５状態φ５が示され、図２の中央には、第２状態φ２が示され、図２の右には第６状態φ６、第７状態φ７が示される。第３状態φ３および第４状態φ４におけるインバータ回路２３０の状態制御は、駆動方式に応じて定めればよい。パターン発生器２１４は、各状態φ１～φ７に対応する制御信号Ｓ_ＣＮＴを生成する。

【0051】

図３は、１２０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）φ４で生成される信号を示す図である。第３状態φ３についても、同様の順序でインバータ回路２３０の状態を変化させればよい。なお、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの位相は、ホール素子１０４の取り付け位置に応じて定まる。

【0052】

図４は、１８０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）φ４で生成される信号を示す図である。ここでは波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷとして理想的な正弦波を示すが、その波形は変調方式（２相変調、３相変調）によって異なる。たとえば２相変調では、双コブの正弦波が用いられる場合がある。また正弦波に代えて、それを簡略化した台形波やステップ波が用いられる場合もある。

【0053】

図４に示すように、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷそれぞれの周期は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期と一致していなければならず、したがって波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷの生成には、現在のモータの回転数に関する情報が必要となる。たとえばコントロールロジック回路２１０は、電気角で６０°の時間を単位として、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷの生成を行ってもよい。この場合、コントロールロジック回路２１０は、電気角６０°の時間を、モータ１０２の回転数を示す回転数情報として取得し、回転数情報に応じた時間スケールで、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷを生成してもよい。なお、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷは、ＢＥＭＦ信号にもとづいて生成してもよい。

【0054】

このように、１８０°通電方式では、モータ１０２の回転数に応じた周期の駆動波形ＳＩＮＵ～ＳＩＮＷを生成する必要がある。モータの加速中においては、ある時刻の回転数（周期）を検出しても、それを利用する次の時刻においては、モータの回転数は直前に測定された回転数とは異なっており、制御が不安定となる。そこで、モータ１０２を加速させる第３状態φ３においては、１２０°通電方式を採用し、第４状態φ４に移行した後に、１８０°通電方式に切りかえてもよい。

【0055】

本実施形態では、モータ１０２の起動時、つまりモータドライバ回路２００に回転開始の指示が与えられたときのモータ１０２の状態に応じて、起動シーケンスが切り替わる。回転開始の指示は、電源の投入であってもよいし、イネーブル信号のアサートであってもよい。

【0056】

（ａ）モータドライバ回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、モータ１０２が実質的に停止している場合、第１状態φ１、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順で遷移し、モータ１０２が起動する。実質的に停止した状態とは、ゼロ近傍に定めた所定の回転数しきい値ｆ_１より低い状態であり、言い換えれば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_１より長い状態である。τ_１は、ｆ_１の逆数に比例するしきい値である。

【0057】

（ｂ）モータドライバ回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、モータ１０２が、所定回転数ｆ_１より高く、所定回転数ｆ_２より低い速度で回転している場合、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_１より短く、しきい値τ_２より長い場合に、第１状態φ１、第５状態φ５、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順で遷移し、モータ１０２が起動する。τ_２は、ｆ_２の逆数に比例する定数であり、τ_２＜τ_１の関係が成り立つ。

【0058】

（ｃ）モータドライバ回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、モータ１０２が所定回転数ｆ_２より高い速度で回転している場合、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_２より短い場合に、第１状態φ１、第５状態φ５、第４状態φ４の順で遷移し、モータ１０２が起動する。

【0059】

図５は、コントロールロジック回路２１０の状態遷移図である。電源投入前は、停止状態φ０である。電源が投入されると、停止状態φ０から第１状態φ１に遷移する（Ｔ０１）。Ｔｘｙは、状態φｘからφｙへの遷移を表す。

【0060】

電源投入直後、モータ１０２が停止している保証はなく、空転している可能性もある。そこで電源投入直後の第１状態φ１において、空転判定が行われる。具体的には、インバータ回路２３０の三相出力をすべてハイインピーダンスとし、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを監視する。モータ１０２が完全に停止していれば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬはハイまたはローに留まり、レベル遷移（つまりエッジ）は生じない。

【0061】

コントロールロジック回路２１０は、（i-1）ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを監視し、所定第１時間τ_１（たとえば１００ｍｓ）の間に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの遷移（つまりエッジ）が検出されない場合（τ＞τ_１）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの半周期τがしきい値τ_１より長いとき、モータ１０２が実質的に停止しているものとして、第２状態φ２に遷移する（Ｔ１２）。

【0062】

コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１において、（i-2）ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の間隔、すなわち半周期τが第１時間τ_１より短い場合（τ＜τ_１）、第５状態φ５に遷移する（Ｔ１５）。この処理によれば、たとえば、τ_１＝１００ｍｓ、４極モータの場合、回転数ｆがｆ_１＝１５０ｒｐｍより高いとき（ｆ＞ｆ_１）に、空転状態と判定され、回転数ｆがｆ_１より低いとき（ｆ≦ｆ_１）に、停止状態と判定されることとなる。ノイズの影響を抑制するために、コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１において、第１時間τ_１より短い間隔でのホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化を、複数回（Ｍ≧２、たとえばＭ＝２）連続して検出した場合に第５状態φ５に遷移してもよい。

【0063】

上述のように、初期状態において、モータ１０２が停止していた場合、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順序で遷移する。

【0064】

具体的には、第２状態φ２において、モータ１０２に印加される出力ＯＵＴＵ～ＯＵＴＷの組み合わせが固定される。この状態では、モータ１０２のロータの位置は、出力の組み合わせに応じた目標初期位置で固定され、このとき、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは、目標初期位置に応じた適正レベル（期待状態）をとるはずである。

【0065】

コントロールロジック回路２１０は、（iii-1）第２状態φ２において、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが、期待状態を第３時間τ_３、維持した場合、第３状態φ３に遷移する（Ｔ２３）。反対に、（iii-2）、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが期待状態（たとえばハイ）で安定しない場合、第６状態φ６に遷移する。コントロールロジック回路２１０は、たとえば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが非期待状態（期待状態の反転論理、たとえばロー）を第４時間τ_４、維持した場合、またはホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが所定回数、切り替わった場合に、第６状態φ６に遷移してもよい。たとえばτ_４は１秒程度に定めることができる。

【0066】

ロータが目標初期位置に移動したことが確認されると、第３状態φ３に遷移する。第３状態φ３に遷移した直後は、モータ１０２は回転していないから、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは一定レベルをとるため、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期した駆動はできない。そこで、第３状態φ３では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとは無関係に、所定の時間間隔で、インバータ回路２３０の状態（駆動相）が切りかえられる。第３状態φ３において、所定条件が満たされると、第４状態φ４に遷移する（Ｔ３４）。

【0067】

所定条件は、モータ１０２が正しく回転し始めたこと（始動の成功）を検出できるように定められる。たとえばコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の出力の状態が所定回数（たとえば２８回）、切り替わった場合、またはホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとＢＥＭＦ信号の位相差が、所定値以下となった場合に、第４状態φ４に遷移してもよい。

【0068】

第３状態φ３において、モータ１０２の始動に失敗した場合、第６状態φ６に遷移する（Ｔ３６）。たとえばコントロールロジック回路２１０は、第２状態φ２に遷移してからの経過時間が、所定時間（たとえば１秒）の間に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化が検出できないとき、始動失敗と判定して第６状態φ６に遷移してもよい。

【0069】

モータ１０２の始動に成功し、第４状態φ４に遷移すると、周期的なホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが観測可能である。そこでコントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期してモータ１０２を制御する。

【0070】

なお、第４状態φ４で、モータ１０２の回転数ｆが低速しきい値を下回ると（ロック状態）、あるいは高速しきい値を上回ると、第６状態φ６に遷移し（Ｔ４６）、ロック保護がかかる。第６状態φ６に遷移した後、所定の保護時間（たとえば５秒）が経過すると、第１状態φ１に戻る（Ｔ６１）。

【0071】

図６は、起動開始時に、モータ１０２の回転が停止していたときのタイムチャートである。

【0072】

時刻ｔ_０に電源が投入され、それを起動指示として、コントロールロジック回路２１０が第１状態φ１に遷移する。モータ１０２は停止しているから、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは一定レベルを維持する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化が第１時間τ_１に渡って発生しないと、時刻ｔ_１に第２状態φ２に遷移する。

【0073】

第２状態φ２において、インバータ回路２３０の出力が所定状態（たとえばＵ相、Ｗ相がハイ、Ｖ相がロー）に固定されると、ロータが、その状態に応じた位置に移動する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが期待状態を第３時間τ_３持続すると、時刻ｔ_３に第３状態φ３に遷移する。

【0074】

第３状態φ３では、インバータ回路２３０の出力の状態が時々刻々と変化する。これに追従して、モータ１０２が回転しはじめ、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬも変化しはじめる。

【0075】

時刻ｔ_４に、モータ１０２の始動成功が検出されると、第４状態φ４に遷移する。そして、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、インバータ回路２３０の状態が切りかえられ、モータ１０２の回転数ｆが目標値まで高められる。

【0076】

以上が、起動開始時に、モータ１０２の回転が停止していたときの動作である。続いて、図５に戻り、起動開始時に、モータ１０２が空転していたときの動作を説明する。

【0077】

上述のように、モータ１０２が空転していると、第５状態φ５に遷移する。

【0078】

第５状態φ５では、空転状態にあるモータ１０２の速度ｆが、回転数ｆ_２より高いか低いかが判定される。回転数ｆ_２は回転数ｆ_１より高く定められ、たとえば４００ｒｐｍ程度とすることができる。

【0079】

そして、空転状態において、モータ１０２がｆ_２より遅く回転している場合（ｆ＜ｆ_２）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期Ｔ（全周期または半周期）が所定のしきい値τ_２より長いとき、第２状態φ２に遷移する（Ｔ５２）。その後の遷移は、上述した通りである。

【0080】

空転状態において、モータ１０２がｆ_２より速く回転しているとき（ｆ＞ｆ_２）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期Ｔ（全周期または半周期）が所定のしきい値τ_２より短いときには、第２状態φ２、第３状態φ３をスキップし、直接、第４状態φ４に遷移する（Ｔ５４）。

【0081】

たとえばコントロールロジック回路２１０は、（ii-1）第５状態φ５において、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（たとえばネガティブエッジとネガティブエッジの間隔、あるいはポジティブエッジとポジティブエッジの間隔）が、所定の第２時間τ_２より短い場合に、第４状態φ４に遷移し、（ii-2）そうでない場合に、第２状態φ２に遷移してもよい。たとえば４極モータで、τ_２＝７５ｍｓとした場合、ｆ_２＝４００ｒｐｍとなる。ノイズの影響を抑制するために、コントロールロジック回路２１０は、第５状態φ５において、第２時間τ_２より短い間隔でのホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化を、複数回（たとえば３回）連続して検出した場合に、第５状態φ５に遷移してもよい。

【0082】

第５状態φ５において、モータ１０２が逆転状態で空転している場合、第７状態φ７に遷移する（Ｔ５７）。逆転判定は、たとえばホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとＢＥＭＦ信号の位相関係から判定することができる。

【0083】

第７状態φ７では、モータ１０２にブレーキが掛けられる。第７状態φ７に遷移した後、所定のブレーキ時間（たとえば５秒）経過後に、第１状態φ１に戻る（Ｔ７１）。

【0084】

図７は、起動開始時に、モータ１０２が回転数ｆ_２より遅い速度で空転していたときのタイムチャートである。時刻ｔ_０に第１状態φ_１に起動する。第１状態φ_１に遷移後、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の時間間隔が第１時間τ_１より短い状態がＭ回（ここでは２回）検出されると、第５状態φ５に遷移する（時刻ｔ_５）。時刻ｔ_１に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期が、第２時間τ_２より長いことが検出されると、第２状態φ２に遷移する。それ以降は図６と同様である。

【0085】

図８は、起動開始時に、モータ１０２が回転数ｆ_２より速い速度で空転していたときのタイムチャートである。時刻ｔ_０に第１状態φ_１に起動する。第１状態φ_１に遷移後、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の時間間隔が第１時間τ_１より短い状態がＭ回（ここでは２回）検出されると、第５状態φ５に遷移する（時刻ｔ_５）。

【0086】

第５状態φ５において、第２時間τ_２より短いホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期が検出されると、第４状態φ４に遷移する（時刻ｔ_６）。ここでは１サイクルホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期がτ２より短いサイクルが１回検出されると、第４状態φ４に遷移する様子を示すが、好ましくは、複数サイクル（たとえば３サイクル）にわたって連続して検出されたことを、第４状態φ４への遷移条件としてもよい。

【0087】

時刻ｔ_６以降、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して制御信号Ｓ_ＣＮＴが生成され、インバータ回路２３０が制御される。

【0088】

以上がモータドライバ回路２００の起動シーケンスである。

【0089】

続いて、強制同期起動期間におけるＦＧ信号の発生について説明する。

【0090】

強制同期起動期間では、パターン発生器２１４は、強制同期駆動のための通電パターンである制御信号Ｓ_ＣＮＴを発生し、プリドライバ２２０に供給する。この通電パターンは、ロータの位置、すなわちホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの状態とは無関係に、所定時間ごとに進行していく。

【0091】

強制同期駆動のための通電パターンに対応して、ハイ検出区間ＴＨとロー検出区間ＴＬが定められる。ハイ検出区間ＴＨは、ロータが通電パターンに追従して回転していると仮定したときに、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬがハイとなるべき期間であり、ロー検出区間ＴＬは、ロータが通電パターンに追従して回転していると仮定したときに、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬがローとなるべき期間である。シーケンサ２１２は、たとえば、ハイ検出区間ＴＨにおいてハイ、ロー検出区間ＴＬにおいてローとなるタイミング信号Ｈ／Ｌを発生し、内部ホール信号発生器２１６に供給する。タイミング信号Ｈ／Ｌは、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの期待値であるとも言える。

【0092】

内部ホール信号発生器２１６は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬおよびタイミング信号Ｈ／Ｌにもとづいて、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}を生成する。具体的には内部ホール信号発生器２１６は、ハイ検出区間ＴＨ中ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのハイを検出すると、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}をハイとし、ロー検出区間ＴＬ中に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのローを検出すると、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}をローとする。

【0093】

ＦＧ信号発生器２１８は、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}に応じたＦＧ信号を発生する
。ＦＧ信号は、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}と同じ信号であってもよいし、それを１／２倍、あるいは１／４倍に分周した信号であってもよい。

【0094】

図９は、強制同期起動期間におけるＦＧ信号の発生を説明する図である。破線（i）に示すロー検出区間ＴＬの間に発生したホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのハイは無視される。

【0095】

また破線（ii）に示すロー検出区間ＴＬの間に発生したホール信号Ｓ_ＨＡＬＬのハイは無視される。そしてロー検出区間ＴＬでハイとなったホール信号Ｓ_ＨＡＬＬはハイのまま次のハイ検出区間ＴＨに移行すると、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}はハイに遷移する。

【0096】

以上が、強制同期起動期間におけるＦＧ信号の発生である。このモータドライバ回路２００によれば、ロータのふらつきによってホール信号Ｓ_ＨＡＬＬがチャタリングした場合でも、内部ホール信号Ｓ_{ＨＡＬＬ（ＩＮＴ）}にはチャタリングの波形は現れず、正確なＦＧ信号を発生することができる。

【0097】

以上、実施の形態について説明した。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。

【0098】

（変形例１）
実施形態では、モータドライバ回路２００にインバータ回路２３０が内蔵される場合を説明したが、本開示はその限りでなく、インバータ回路２３０はディスクリート部品を用いて外付けされてもよい。その場合、さらにプリドライバ２２０も、モータドライバ回路２００の外部に設けられてもよい。

【0099】

（変形例２）
モータドライバ回路２００による駆動対象はファンモータには限定されず、さまざまな三相ブラシレスモータの駆動に適用できる。

【0100】

（用途）
最後に、モータドライバ回路２００の用途を説明する。図１０は、冷却装置１００Ａを備えるコンピュータ５００の斜視図である。冷却装置１００Ａは、モータ１０２と、図１のモータドライバ回路２００とを備える。コンピュータ５００は、筐体５０２、ＣＰＵ５０４、マザーボード５０６、ヒートシンク５０８、および複数の冷却装置１００Ａ＿１，１００Ａ＿２を備える。

【0101】

ＣＰＵ５０４は、マザーボード５０６上にマウントされる。ヒートシンク５０８は、ＣＰＵ５０４の上面に密着されている。冷却装置１００Ａ＿１は、ヒートシンク５０８と対向して設けられ、ヒートシンク５０８に空気を吹き付ける。冷却装置１００Ａ＿２は、筐体５０２の背面に設置され、筐体５０２の外部の空気を内部に吸気し、あるいは内部の空気を外部に排気する。

【0102】

実施形態に係る冷却装置１００Ａは、モータ１０２を短時間で起動することが可能であるため、冷却対象を速やかに冷却することが可能となる。

【0103】

冷却装置１００Ａは、図１０のコンピュータ５００の他、ワークステーション、ノート型コンピュータ，テレビ、冷蔵庫、などの様々な電子機器に搭載可能である。

【0104】

具体的な用語を用いて説明される実施の形態は、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。

【0105】

（付記）
本明細書には以下の技術が開示される。

【0106】

（項目１）
ホール信号にもとづいて、前記モータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備え、
前記コントロールロジック回路は、
強制同期駆動のための通電パターンを発生し、前記通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替え、ハイ検出区間中に、前記ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、前記ホール信号のローを検出すると、前記内部ホール信号をローとし、当該内部ホール信号に応じたＦＧ信号を発生する、モータドライバ回路。

【0107】

（項目２）
前記ブリッジ回路をさらに備える、項目１に記載のモータドライバ回路。

【0108】

（項目３）
ひとつの半導体基板に一体集積化される、項目１または２に記載のモータドライバ回路。

【0109】

（項目４）
前記モータはファンモータである、項目１から３のいずれかに記載のモータドライバ回路。

【0110】

（項目５）
センサ付きのファンモータと、
前記モータを駆動する項目１から４のいずれかに記載のモータドライバ回路と、
を備える、冷却装置。

【0111】

（項目６）
プロセッサと、
前記プロセッサを冷却するファンモータと、
前記モータを駆動する項目１から４のいずれかに記載のモータドライバ回路と、
を備える、電子機器。

【0112】

（項目７）
モータの駆動方法であって、
ホール信号を発生するステップと、
強制同期駆動のための通電パターンを発生するとともに、前記通電パターンに対応して、ハイ検出区間とロー検出区間を切り替えるステップと、
ハイ検出区間中に、前記ホール信号のハイを検出すると、内部ホール信号をハイとし、ロー検出区間中に、前記ホール信号のローを検出すると、前記内部ホール信号をローとするステップと、
前記内部ホール信号にもとづいてＦＧ信号を発生するステップと、
を備える、駆動方法。

【符号の説明】

【0113】

１００ システム
１０２ モータ
１０４ ホール素子
２００ モータドライバ回路
２１０ コントロールロジック回路
２１２ シーケンサ
２１４ パターン発生器
２１６ 内部ホール信号発生器
２１８ ＦＧ信号発生器
２２０ プリドライバ
２３０ インバータ回路
２４０ ホール信号生成回路
２４２ ホールバイアス回路
２４４ ホールコンパレータ
２５０ 逆起電力検出回路
２６０ 電流リミット回路
２６２ 電流クランプコンパレータ
２８０ オシレータ
２８２ 出力回路
２８４ レギュレータ回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】