JP2008271694A - モータ駆動回路、駆動方法およびそれを用いた冷却装置、電子計算機 - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧の瞬断後に、ソフトスタートを確実に実現する。
【解決手段】モータ駆動回路１００は、駆動対象のモータ１２０のコイルに接続されるスイッチング回路１１０のオンオフを制御することにより、モータ１２０の通電状態を制御する。ソフトスタート回路１０は、モータ１２０の起動開始時に、キャパシタＣ１を充放電することにより、時間とともに電圧レベルが変化するソフトスタート電圧Ｖｓｓを生成する。駆動信号合成部３４は、少なくとも起動時において、ソフトスタート電圧Ｖｓｓにもとづいて駆動信号ＳＤを生成し、当該駆動信号ＳＤによりスイッチング回路１１０のオンオフを制御する。初期化回路（２６、ＳＷ１）は、モータ駆動回路１００に供給される電源電圧Ｖｄｄがオフからオンに遷移したことを契機として、ソフトスタートの実行前にキャパシタＣ１を初期化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動技術に関し、特にその起動時の制御に関する。

単相モータや多相モータを所望のトルクで回転させるために、モータのコイルの通電期間をパルス幅変調信号などのパルス信号によって制御する技術が広く用いられる。

停止したモータの駆動を開始する場合に、モータのコイルに対して、目標のトルクに応じたパルス幅を有するスイッチング電圧をいきなり印加すると、モータのコイルに急激に電流が流れることになる。モータの起動時、特にその回転数が０に近い場合、発電機能がないため、コイルに流れる電流は、印加された電圧を、巻き線抵抗で除した値となる。コイルの抵抗値は電力損失を低減するために、非常に低く設計されており、コイル電流が、駆動回路や、コイル自身の定格を超え、回路の信頼性に影響を及ぼす場合がある。

また、コイルで発生する逆起電圧は、コイルに流れる電流の時間変化率に比例する。したがって、上述のように、コイル電流が急激に増加すると、非常に大きな逆起電圧が発生し、駆動回路の定格を超えるおそれもある。

かかる理由から、モータの起動開始直後に、コイルに流れる電流を徐々に増加させるソフトスタート制御が行われる（たとえば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載のソフトスタート制御では、時間に応じて電圧値が緩やかに増大するソフトスタート電圧を生成し、このソフトスタート電圧を、三角波あるいはのこぎり波状の周期電圧と比較し、デューティ比が緩やかに増加するパルス変調信号を生成し、コイルの通電時間をゆるやかに増加させ、ソフトスタートを行っている。

ソフトスタート電圧の生成には、キャパシタを充電（放電）して得られる電圧が利用される。モータ駆動回路に電源電圧が供給されると、キャパシタの放電を開始し、時間とともに緩やかに上昇もしくは低下する電圧が生成される。
モータ駆動回路に供給される電源電圧が、正規の手順を踏んでシャットダウンされた場合、回路が完全に停止する前に、キャパシタに蓄えられた電荷を放電しておけば、次に回路を起動する際に、初期電圧から徐々に上昇するソフトスタート電圧が生成可能である。
特開平７−９５７９２号公報 特開２００１−４５７９０号公報

しかし、モータ駆動回路に対する電源電圧が、正規の手順と異なった予期しない方法により瞬断されると、キャパシタの電荷を放電することなく回路がシャットダウンする。キャパシタに蓄えられた電荷は放電経路を失うため、ソフトスタート電圧はある値を保持し続ける。この場合、次にモータ駆動回路が起動する際に、ソフトスタート電圧がその値から上昇し始めるため、所望のソフトスタートを実行することができない。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ駆動回路が予期しない手順で停止された場合にも有効にソフトスタートが実行可能な技術の提供にある。

本発明のある態様は、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、モータの通電状態を制御するモータ駆動回路に関する。このモータ駆動回路は、モータの起動開始時に、キャパシタを充放電することにより、時間とともに電圧レベルが変化するソフトスタート電圧を生成するソフトスタート回路と、少なくとも起動時において、ソフトスタート電圧にもとづいて駆動信号を生成し、当該駆動信号によりスイッチング回路のオンオフを制御する駆動信号合成部と、本モータ駆動回路に供給される電源電圧がオフからオンに遷移したことを契機として、ソフトスタートの実行前にキャパシタを初期化する初期化回路と、を備える。

モータの駆動の最中に、モータ駆動回路に供給される電源電圧が瞬断された場合に、キャパシタに電荷が残留した場合であっても、次の起動時に、キャパシタを放電（充電）してキャパシタに現れるソフトスタート電圧を初期化することができ、良好なソフトスタートが実現できる。

初期化回路は、キャパシタの一端と固定電位端子の間に設けられた初期化スイッチと、電源電圧のオフからオンへの遷移を検出し、検出してから所定時間、初期化スイッチをオンするスイッチ制御部と、を含んでもよい。所定時間は、キャパシタに充電された電荷を十分に放電可能な時間以上に設定することが望ましい。

スイッチ制御部は、電源電圧と所定のしきい値電圧を比較し、電源電圧の方が高いとき第１レベル、電源電圧の方が低いとき第２レベルとなる比較信号を生成するコンパレータと、コンパレータからの比較信号を受け、当該比較信号が第１レベルから第２レベルに遷移したことを契機として時間測定を開始し、所定時間の間、所定レベルとなる制御信号を生成するタイマ回路と、を含んでもよい。初期化スイッチは、制御信号に応じてオン、オフが切り替えられてもよい。

スイッチ制御部は、さらに、電源電圧のオンからオフへの遷移を検出し、検出を契機として初期化スイッチをオンしてもよい。
電源を遮断すると電源電圧が徐々に低下する。この際、電源電圧が回路素子を動作可能なレベルを保持し続ける間、初期化スイッチがオンする。この処理を行うことにより、電源電圧がオフからオンに遷移した場合に加えて、オンからオフに遷移した場合にも、キャパシタを初期化できるため、処理の確実さが増す。

ある態様のモータ駆動回路は、所定の周波数の周期電圧を生成するオシレータと、ソフトスタート電圧を周期電圧と比較し、ソフトスタート電圧の電圧値に応じてデューティ比が変化するソフトスタートパルス信号を生成するコンパレータと、をさらに備えてもよい。駆動信号合成部は、ソフトスタートパルス信号にもとづいて、スイッチング回路の通電時間を制御してもよい。

ある態様のモータ駆動回路は、モータのコイルに流れる電流を検出し、電圧に変換して検出電圧として出力する電流検出回路と、検出電圧がコイルに流れる電流の上限を設定する上限電圧を超えないように、駆動信号合成部を制御する電流制限回路と、をさらに備えてもよい。この場合に、ソフトスタート電圧を、上限電圧に設定してもよい。

この態様によると、モータのコイルに流れる電流は、ソフトスタート電圧により規定される電流値以下に抑制される。起動時において、ソフトスタート電圧をゆるやかに上昇させることにより、モータのコイルに流れる電流も緩やかに上昇するため、ソフトスタートを実現することができる。

電流制限回路は、検出電圧を上限電圧と比較するコンパレータを含み、検出電圧が上限電圧を上回ったとき、スイッチング回路によるモータへの電流供給が停止するように、駆動信号合成部により生成される駆動信号の論理値を固定し、その後、所定のタイミングで論理値の固定を解除してもよい。
この場合、コイルに流れる電流が電流上限値に達すると、その後、所定のタイミングで論理値の固定が解除されるまでの期間、モータのコイルへの電流供給が停止するため、コイルに流れる電流が、電流上限値を上回るのを抑制することができる。

電流制限回路は、駆動信号合成部において生成される駆動信号と同期して所定レベルとなる解除信号を生成する解除信号生成部をさらに含み、解除信号生成部により生成された解除信号が所定レベルとなったことを契機として、駆動信号の論理値の固定を解除してもよい。
モータをスイッチング駆動（パルス駆動）する場合、駆動信号によるスイッチングのタイミングにおいて、モータのコイルに流れる電流に、スパイク状のノイズが発生する場合があり、このノイズによって検出電圧が上限電圧を上回り、過電流状態を誤検出する場合がある。そこで、駆動信号の論理値の固定状態を、駆動信号と同期した解除信号によって解除することにより、ノイズがモータの回転制御に及ぼす影響を低減することができる。

電流制限回路は、検出電圧を所定の周期電圧と比較する第１コンパレータと、上限電圧を周期電圧と比較する第２コンパレータと、第１コンパレータおよび第２コンパレータの出力信号を論理演算により合成した制限パルス信号を生成する合成回路と、を含んでもよい。駆動信号生成回路は、スイッチング回路に出力する駆動信号のデューティ比を、制限パルス信号のデューティ比に応じて制限してもよい。

モータ駆動回路は、１つの半導体基板上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。モータ駆動回路を、１つのＬＳＩとして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。

本発明の別の態様は、冷却装置である。この装置は、ファンモータと、ファンモータを駆動する上述のモータ駆動回路と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、電子計算機である。この電子計算機は、演算処理装置と、少なくとも演算処理装置を冷却する冷却装置と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、モータの通電状態を制御するモータ駆動方法に関する。この方法は、モータの起動開始時に、キャパシタを充放電することにより、時間とともに変化するソフトスタート電圧を生成するステップと、少なくとも起動時において、ソフトスタート電圧にもとづいて駆動信号を生成し、当該駆動信号によりスイッチング回路のオンオフを制御するステップと、本モータ駆動回路に供給される電源電圧がオフからオンに遷移したことを契機として、キャパシタを初期化するステップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合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。

本発明によれば、電源電圧が急激に遮断された後に、確実にソフトスタートを実現することができる。

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。

実施の形態は、デスクトップ型あるいはノート型のパーソナルコンピュータやワークステーションなどの電子計算機、あるいは冷蔵庫などの電子機器を冷却するための冷却装置に使用されるモータ駆動回路に関する。

（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の構成を示す回路図である。図１は、電子計算機の一部の構成を示しており、冷却装置２００と冷却対象のＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０を備える。冷却装置２００は、モータ駆動回路１００、モータ１２０を含む。

モータ１２０は、本実施の形態において単相全波モータであって、ＣＰＵ２１０に対向して配置される。このモータ１２０は、モータ駆動回路１００によって生成されるスイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２によりコイル電流、すなわち通電状態が制御されて回転が制御される。

スイッチング回路１１０は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２を含み、Ｈブリッジ回路が構成される。

トランジスタＭＨ１、ＭＬ１のオンオフは、ハイサイド駆動信号ＳＤＨ１、ローサイド駆動信号ＳＤＬ１によって制御される。同様に、トランジスタＭＨ２、ＭＬ２のオンオフは、駆動信号ＳＤＨ２、ＳＤＬ２によって制御される。モータ１２０のコイルの両端には、スイッチング回路１１０により生成されるスイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２が印加される。

なお、スイッチング回路１１０を構成する４つのトランジスタは、モータ駆動回路１００に一体集積化して内蔵されてもよいし、モータ駆動回路１００の外部に設けられてもよい。また、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２のソースと、電源電圧Ｖｄｄを出力する電源（図示せず）には、逆接防止用のダイオードを設けてもよい。

モータ駆動回路１００は、駆動信号ＳＤＨ１、ＳＤＨ２、ＳＤＬ１、ＳＤＬ２（以下、必要に応じて駆動信号ＳＤと総称する）を生成し、スイッチング回路１１０の各トランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２に出力する。スイッチング回路１１０の各トランジスタＭＨ１、ＭＨ２、ＭＬ１、ＭＬ２は、駆動信号ＳＤに応じてオンオフが制御され、モータ１２０のコイルの通電時間が制御される。

モータ駆動回路１００には、モータ１２０のトルク、つまりファンの回転数の目標値に応じて設定される回転制御電圧Ｖｃｎｔが外部から入力される。この回転制御電圧Ｖｃｎｔは、モータ駆動回路１００内部において生成してもよい。モータ駆動回路１００は、回転制御電圧Ｖｃｎｔにもとづいて、駆動対象のモータ１２０のコイルの通電時間を規定するパルス変調された駆動信号ＳＤＨ１、ＳＨＬ１、ＳＤＨ２、ＳＤＬ２を生成し、出力段であるスイッチング回路１１０に対して出力する。

モータ駆動回路１００は、パルス幅変調器４０、ホールコンパレータ３２、駆動信号合成部３４、スイッチング回路１１０を備える。モータ駆動回路１００は、ひとつの半導体基板上に機能ＩＣとして形成される。

ホールコンパレータ３２は、図示しないホール素子から出力されるホール信号Ｈ＋、Ｈ−の電位を比較し、モータ１２０のロータおよびステータの位置関係（相）に応じてハイレベル、ローレベルが変化する周波数発生信号（以下ＦＧ信号という）を生成する。

ソフトスタート回路１０は、モータ１２０の起動時に、時間とともに電圧値が変化するソフトスタート電圧Ｖｓｓを生成する。ソフトスタート回路１０は、キャパシタを電流で充電（もしくは放電）し、キャパシタに現れる電圧を出力する時定数回路として構成される。

ソフトスタート回路１０は、電流源１２、キャパシタＣ１、初期化スイッチＳＷ１、コンパレータ２０、タイマ回路２２、ＯＲゲート２４を含む。
キャパシタＣ１の一端は接地され、他端には電流源１２が接続される。初期化スイッチＳＷ１は、キャパシタＣ１と並列に設けられる。コンパレータ２０、タイマ回路２２、ＯＲゲート２４は、初期化スイッチＳＷ１のオン、オフを制御するスイッチ制御部２６を構成する。

スイッチ制御部２６と初期化スイッチＳＷ１は、初期化回路を構成する。初期化回路は、モータ駆動回路１００に供給される電源電圧Ｖｄｄがオフからオンに遷移したことを契機として、ソフトスタートの実行前にキャパシタＣ１を初期化する。

たとえば、スイッチ制御部２６は、モータ駆動回路１００に供給される電源電圧Ｖｄｄのオフからオンへの遷移を検出し、検出してから所定時間τ１の間、初期化スイッチＳＷ１をオンする。初期化スイッチＳＷ１がオンすると、キャパシタＣ１に蓄えられた電荷が放電し、ソフトスタート電圧Ｖｓｓが０Ｖ付近に初期化される。所定時間τ１は、キャパシタＣ１を放電するのに十分な値に設定すればよく、たとえば、τ１＝１ｍｓである。なお、その値はキャパシタＣ１の容量、初期化スイッチＳＷ１のオン抵抗に応じて適宜設定すればよい。

コンパレータ２０は、電源電圧Ｖｄｄを所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較し、電源電圧Ｖｄｄの方が高いときローレベル、電源電圧Ｖｄｄの方が低いときハイレベルとなる比較信号Ｓ１を生成する。つまり、電源電圧Ｖｄｄがオフ（０Ｖ）からオン（所定値）に遷移すると、比較信号Ｓ１はハイレベルからローレベルに遷移する。
逆に電源電圧Ｖｄｄがオンからオフに遷移すると、比較信号Ｓ１はローレベルからハイレベルに遷移する。ただしこの場合、比較信号Ｓ１は電源電圧Ｖｄｄが低下してコンパレータ２０が動作しなくなると、再びローレベルとなる。

タイマ回路２２は、コンパレータ２０からの比較信号Ｓ１を受け、当該比較信号Ｓ１がハイレベルからローレベルに遷移したことを契機として時間測定を開始する。そして、所定時間τ１の間、ハイレベルとなる制御信号Ｓ２を生成する。

ＯＲゲート２４は、制御信号Ｓ２と、比較信号Ｓ１の論理和を生成し、初期化スイッチＳＷ１へと出力する。初期化スイッチＳＷ１は、ＯＲゲート２４の出力であるスイッチ制御信号Ｓ３がハイレベルのときオンする。
スイッチ制御信号Ｓ３は、電源電圧Ｖｄｄが遮断されてからのわずかな期間と、電源電圧Ｖｄｄがオフからオンに遷移してから所定時間τ１の間、ハイレベルとなる。

パルス幅変調器４０は、ソフトスタート電圧Ｖｓｓと、制御電圧Ｖｃｎｔを受け、それぞれの電圧値に応じたデューティ比を有するソフトスタートパルス信号Ｖｐ１、パルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号という）Ｖｐｗｍを生成する。

パルス幅変調器４０は、オシレータ４６、ＰＷＭコンパレータ４２、ソフトスタートコンパレータ４４を含む。
オシレータ４６は、所定の周波数の周期電圧Ｖｏｓｃを生成する。周期電圧Ｖｏｓｃは、のこぎり波、または三角波である。ソフトスタートコンパレータ４４は、ソフトスタート電圧Ｖｓｓを周期電圧Ｖｏｓｃと比較し、ソフトスタート電圧Ｖｓｓの電圧値に応じてデューティ比が変化するソフトスタートパルス信号Ｖｐ１を生成する。ＰＷＭコンパレータ４２は、制御電圧Ｖｃｎｔを周期電圧Ｖｏｓｃと比較し、制御電圧Ｖｃｎｔの電圧値に応じてデューティ比が変化するＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。

ホールコンパレータ３２は、図示しないホール素子から出力されるホール信号Ｈ＋、Ｈ−を比較し、モータ１２０のロータの相に応じてハイレベル、ローレベルが変化する周波数発生信号（以下ＦＧ信号という）を生成する。

駆動信号合成部３４は、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１、ＰＷＭ信号ＶｐｗｍおよびＦＧ信号を受ける。駆動信号合成部３４の構成、動作は公知であるため、ここでは簡単に説明する。
駆動信号合成部３４は、ＦＧ信号のレベルに応じて、トランジスタＭＨ１、ＭＬ２の組、またはトランジスタＭＨ２、ＭＬ１の組、のいづれかを選択し、交互に通電状態とする。さらに、駆動信号合成部３４は、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのうち、デューティ比の小さな方を選択し、選択されたパルス信号にもとづいてスイッチング回路１１０のトランジスタＭＨ１、ＭＨ２を、ＦＧ信号より高い周波数でオンオフさせる。

モータ駆動回路１００の起動直後は、ソフトスタート電圧Ｖｓｓは低いため、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１のデューティ比は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比よりも小さい。したがって、起動直後は、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１が選択され、これにもとづいてスイッチング回路１１０の通電時間が制御される。

その後、ソフトスタート電圧Ｖｓｓの上昇とともに、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１のデューティ比は増加していき、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比を上回ると、駆動信号合成部３４はＰＷＭ信号Ｖｐｗｍにもとづいてスイッチング回路１１０を制御する。たとえば駆動信号合成部３４は、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍとソフトスタートパルス信号Ｖｐ１の論理積にもとづいて、スイッチング回路１１０を制御してもよい。

ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１とＰＷＭ信号Ｖｐｗｍにもとづくスイッチング回路１１０の制御は、以下のように構成してもよい。たとえば、ＰＷＭコンパレータ４２を３端子入力とする。３入力コンパレータは、２つの＋端子と、ひとつの−端子を備える（＋と−は逆であってもよい）。そして、２つの＋端子にソフトスタート電圧Ｖｓｓと制御電圧Ｖｃｎｔを入力し、−端子に周期電圧Ｖｏｓｃを入力する。３入力コンパレータは、２つの＋端子に入力された２つの電圧のうち低い方と、周期電圧Ｖｏｓｃの比較結果を出力する。駆動信号合成部３４は３入力コンパレータの出力にもとづいてスイッチング回路１１０を制御してもよい。

つまり、駆動信号合成部３４は、少なくとも起動時において、ソフトスタート電圧Ｖｓｓにもとづいて駆動信号ＳＤを生成し、当該駆動信号ＳＤによりスイッチング回路１１０のオンオフを制御すればよい。

以上のように構成されたモータ駆動回路１００の動作について説明する。図２は、図１のモータ駆動回路１００の動作を示すタイムチャートである。図２は上から順に、制御電圧Ｖｃｎｔおよびソフトスタート電圧Ｖｓｓ、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍ、ソフトスタートパルス信号Ｖｐ１、電源電圧Ｖｄｄ、スイッチ制御信号Ｓ３、モータ１２０のコイル電流ＩＭを示す。

時刻ｔ０以前に電源電圧Ｖｄｄは遮断されている。電源電圧Ｖｄｄが立ち上がり、時刻ｔ０にソフトスタート処理が開始される。その結果、ソフトスタート電圧Ｖｓｓは時間とともに上昇し始める。Ｖｓｓ＜Ｖｃｎｔの間、駆動信号合成部３４はソフトスタートパルス信号Ｖｐ１のデューティ比にもとづいて、スイッチング回路１１０を制御する。その結果、コイル電流ＩＭが緩やかに上昇する。時刻ｔ１以降、Ｖｓｓ＞Ｖｃｎｔとなるため、駆動信号合成部３４はＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比にもとづいてスイッチング回路１１０を制御する。その結果、コイル電流ＩＭが一定に保たれ、モータ１２０が所望の回転数で回転する。

時刻ｔ２に電源電圧Ｖｄｄが急激にオフする。そうすると、比較信号Ｓ１はごく短い期間だけハイレベルとなり、これに応じてスイッチ制御信号Ｓ３もハイレベルとなる。しかし、ハイレベルとなる時間が短いため、キャパシタＣ１は放電されず、ソフトスタート電圧Ｖｓｓはそのままの値を保持する。

時刻ｔ３に、電源電圧Ｖｄｄが再びオンとなる。これを受けて、スイッチ制御信号Ｓ３（制御信号Ｓ２）は所定の時間τ１ハイレベルとなり、初期化スイッチＳＷ１がオンし、キャパシタＣ１が放電されてソフトスタート電圧Ｖｓｓが０Ｖまで低下する。
その後、時刻ｔ４にスイッチ制御信号Ｓ３（Ｓ２）がローレベルとなると、初期化スイッチＳＷ１がオフし、キャパシタＣ１が電流源１２によって充電され、再びソフトスタートが実行される。

以上が図１のモータ駆動回路１００の動作である。モータ駆動回路１００の効果は、時刻ｔ３における放電処理を行わない場合の動作との比較により明確となる。
放電処理を行わなければ、図２に一点鎖線で示すように、ソフトスタート電圧Ｖｓｓは一定値を保持し続ける。この状態で時刻ｔ３に電源電圧Ｖｄｄがオンすると、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍのデューティ比にもとづいて、スイッチング回路１１０が制御されるため、コイル電流ＩＭは、一点鎖線で示されるように急激に上昇し、過電流となる。過電流は、回路素子の信頼性に影響を及ぼすとともに、発熱等の２次的な問題を引き起こすため好ましくない。

これに対して、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、電源電圧Ｖｄｄがオンするタイミングにおいて、キャパシタＣ１を初期化（放電する）ことにより、ソフトスタート電圧Ｖｓｓを確実に０Ｖから上昇させることができ、コイル電流ＩＭを緩やかに上昇させることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係るモータ駆動回路１００ａの構成を示す回路図である。以下、図１のモータ駆動回路１００との相違点のみを説明する。

図１のモータ駆動回路１００は、スイッチング回路１１０を制御するためのパルス信号のデューティ比を緩やかに上昇させることにより、ソフトスタートを実行した。これに対して、図３のモータ駆動回路１００ａは、モータ１２０に流れるコイル電流ＩＭを検出し、コイル電流ＩＭが上限電流Ｉｍａｘを上回らないように、モータ１２０の通電時間を制御する。起動時において、モータ駆動回路１００ａは上限電流Ｉｍａｘを緩やかに上昇させる。その結果、ソフトスタートが実現される。

図３のモータ駆動回路１００ａは、ホールコンパレータ３２、パルス幅変調器４０ａ、電流制限回路３０、駆動信号合成部３４ａ、スイッチング回路１１０、検出抵抗Ｒ１を含む。

パルス幅変調器４０ａは、図１のＰＷＭコンパレータ４２、オシレータ４６を含んで構成され、ＰＷＭ信号Ｖｐｗｍを生成する。

検出抵抗Ｒ１は、モータのコイル電流ＩＭを検出し、さらに電圧に変換して、検出電圧Ｖ１として出力する電流検出回路として機能する。電流制限回路３０は、検出電圧Ｖ１が、コイル電流ＩＭの上限値Ｉｍａｘを設定する上限電圧Ｖｍａｘを超えないように、駆動信号合成部３４ａを制御する。本実施の形態において、上限電圧Ｖｍａｘはソフトスタート電圧Ｖｓｓであって、起動とともに上昇し、その後一定値を保持する電圧である。

コンパレータ３６は、検出電圧Ｖ１をソフトスタート電圧Ｖｓｓ（上限電圧Ｖｍａｘ）と比較する。コンパレータ３６は、Ｖ１＞Ｖｓｓのとき、スイッチング回路１１０によるモータへの電流供給が停止するように、駆動信号合成部３４ａにより生成される駆動信号ＳＤの論理値を固定する。その後、有意な期間が経過した後に、論理値の固定を解除し、モータへの通電を再開する。コンパレータ３６は電圧比較の結果を制御信号Ｓ４として駆動信号合成部３４ａに出力する。駆動信号合成部３４は制御信号Ｓ４にもとづいて、モータへの通電の停止、再開を実行する。たとえば、駆動信号合成部３４は、ＡＮＤゲートやＯＲゲートを含み、駆動信号ＳＤに、制御信号Ｓ４の論理値を反映させる。

さらに電流制限回路３０は、解除信号生成部３８を含む。解除信号生成部３８は、所定のタイミングで、駆動信号ＳＤの論理値の固定を解除する解除信号Ｓ５を生成する。所定のタイミングは、駆動信号ＳＤと同期していることが望ましい。解除信号Ｓ５を駆動信号ＳＤと同期させるために、解除信号生成部３８はパルス幅変調器４０ａからの周期電圧Ｖｏｓｃを受ける。

駆動信号合成部３４ａは、解除信号Ｓ５によって駆動信号ＳＤの論理値固定の解除が指示されると、モータに対する通電を再開する。その他の構成、動作は、図１と同様である。

図３のモータ駆動回路１００ａによれば、ソフトスタート電圧Ｖｓｓの上昇とともに、コイル電流ＩＭの上限値が上昇していく。したがって、コイル電流ＩＭは、ソフトスタート電圧Ｖｓｓに応じた電流の上限値Ｉｍａｘに沿って増加していくため、ソフトスタートが実現できる。
図３のモータ駆動回路１００ａにおいても、図１と同様の、初期化スイッチＳＷ１を有するソフトスタート回路１０を設けることにより、ソフトスタート電圧Ｖｓｓを、電源電圧のオン、オフに応じてリセットすることができ、好適なソフトスタートが実現できる。

上記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合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。

実施の形態では、パルス変調として、パルス幅を制御するパルス幅変調を例として説明したが、本発明は、パルス周波数変調（ＰＦＭ）などの他のパルス変調を行うモータ駆動回路にも適用することができる。

実施の形態においては、単相モータを駆動する場合を説明したが、本発明はこれには限定されない。すなわち、３相モータなどを駆動するモータ駆動回路においても適用することができる。

実施の形態において、モータ駆動回路１００は、ファンモータを駆動する場合を説明したが、本発明に係るモータ駆動回路の駆動対象となるモータは、ファンモータに限定されるものではなく、その他の単相、多相モータに幅広く適用することができる。

実施の形態で説明した回路において、信号のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。また、これに応じて、ＡＮＤゲートやＯＲゲートを置換することは、当業者に容易に想到することができるものである。

実施の形態では、電源電圧Ｖｄｄのオン、オフの遷移を、コンパレータ２０を利用して検出したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、電源電圧Ｖｄｄのオン、オフを切り替えるスイッチの状態を監視してもよい。

第１の実施の形態に係る冷却装置の構成を示す回路図である。 図１のモータ駆動回路の動作を示すタイムチャートである。 第２の実施の形態に係るモータ駆動回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１００ モータ駆動回路、 １１０ スイッチング回路、 １２０ モータ、 ２００ 冷却装置、 ２１０ ＣＰＵ、 １０ ソフトスタート回路、 １２ 電流源、 ＳＷ１ 初期化スイッチ、 Ｃ１ キャパシタ、 ２０ コンパレータ、 ２２ タイマ回路、 ２４ ＯＲゲート、 ２６ スイッチ制御部、 ３０ 電流制限回路、 ３２ ホールコンパレータ、 ３４ 駆動信号合成部、 ３６ コンパレータ、 ３８ 解除信号生成部、 ４０ パルス幅変調器、 ４２ ＰＷＭコンパレータ、 ４４ ソフトスタートコンパレータ、 ４６ オシレータ、 Ｒ１ 検出抵抗。

Claims (12)

1. 駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、前記モータの通電状態を制御するモータ駆動回路であって、
   前記モータの起動開始時に、キャパシタを充放電することにより、時間とともに電圧レベルが変化するソフトスタート電圧を生成するソフトスタート回路と、
   少なくとも起動時において、前記ソフトスタート電圧にもとづいて駆動信号を生成し、当該駆動信号により前記スイッチング回路のオンオフを制御する駆動信号合成部と、
   本モータ駆動回路に供給される電源電圧がオフからオンに遷移したことを契機として、ソフトスタートの実行前に前記キャパシタを初期化する初期化回路と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記初期化回路は、
   前記キャパシタの一端と固定電位端子の間に設けられた初期化スイッチと、
   前記電源電圧のオフからオンへの遷移を検出し、検出してから所定時間、前記初期化スイッチをオンするスイッチ制御部と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記スイッチ制御部は、
   前記電源電圧と所定のしきい値電圧を比較し、前記電源電圧の方が高いとき第１レベル、前記電源電圧の方が低いとき第２レベルとなる比較信号を生成するコンパレータと、
   前記コンパレータからの前記比較信号を受け、当該比較信号が第１レベルから第２レベルに遷移したことを契機として時間測定を開始し、所定時間の間、所定レベルとなる制御信号を生成するタイマ回路と、
   を含み、前記初期化スイッチは、前記制御信号に応じてオン、オフが切り替えられることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記スイッチ制御部は、さらに、前記電源電圧のオンからオフへの遷移を検出し、検出を契機として前記初期化スイッチをオンすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
5. 所定の周波数の周期電圧を生成するオシレータと、
   前記ソフトスタート電圧を前記周期電圧と比較し、前記ソフトスタート電圧の電圧値に応じてデューティ比が変化するソフトスタートパルス信号を生成するコンパレータと、
   をさらに備え、
   前記駆動信号合成部は、前記ソフトスタートパルス信号にもとづいて、前記スイッチング回路の通電時間を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
6. 前記モータのコイルに流れる電流を検出し、電圧に変換して検出電圧として出力する電流検出回路と、
   前記検出電圧が、前記コイルに流れる電流の上限を設定する上限電圧を超えないように、前記駆動信号合成部を制御する電流制限回路と、
   をさらに備え、
   前記ソフトスタート電圧を、前記上限電圧に設定したことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
7. 前記電流制限回路は、前記検出電圧を前記上限電圧と比較するコンパレータを含み、前記検出電圧が前記上限電圧を上回ったとき、前記スイッチング回路による前記モータへの電流供給が停止するように、前記駆動信号合成部により生成される前記駆動信号の論理値を固定し、その後、所定のタイミングで論理値の固定を解除することを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動回路。
8. 前記電流制限回路は、前記駆動信号合成部において生成される前記駆動信号と同期して所定レベルとなる解除信号を生成する解除信号生成部をさらに含み、前記解除信号生成部により生成された解除信号が前記所定レベルとなったことを契機として、前記駆動信号の論理値の固定を解除することを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動回路。
9. １つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のモータ駆動回路。
10. 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モータ駆動回路と、
    を備えることを特徴とする冷却装置。
11. 演算処理装置と、
    少なくとも前記演算処理装置を冷却する請求項１０に記載の冷却装置と、
    を備えることを特徴とする電子計算機。
12. 駆動対象のモータのコイルに接続されるスイッチング回路のオンオフを制御することにより、前記モータの通電状態を制御するモータ駆動方法であって、
    前記モータの起動開始時に、キャパシタを充放電することにより、時間とともに変化するソフトスタート電圧を生成するステップと、
    少なくとも起動時において、前記ソフトスタート電圧にもとづいて駆動信号を生成し、当該駆動信号により前記スイッチング回路のオンオフを制御するステップと、
    本モータ駆動回路に供給される電源電圧がオフからオンに遷移したことを契機として、前記キャパシタを初期化するステップと、
    を備えることを特徴とするモータ駆動方法。

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