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KR100924924B1 - 게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치 - Google Patents

게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치 Download PDF

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KR100924924B1
KR100924924B1 KR1020070114537A KR20070114537A KR100924924B1 KR 100924924 B1 KR100924924 B1 KR 100924924B1 KR 1020070114537 A KR1020070114537 A KR 1020070114537A KR 20070114537 A KR20070114537 A KR 20070114537A KR 100924924 B1 KR100924924 B1 KR 100924924B1
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KR
South Korea
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transistor
gate
motor
signal
driving
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최종윤
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주식회사 아모텍
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Abstract

본 발명은 전자 기기에 탑재되는 모터를 구동시키는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버를 고가의 IC 칩을 사용하지 않고, 간단한 회로 소자로 구현함에 의해 모터 구동 장치 및 전자 기기의 생산 단가를 최소화하는 게이트 드라이버 및 이를 이용한 로봇 청소기의 모터 구동 장치에 관한 것이다.
본 발명은 모터의 회전자 위치에 따른 제1 내지 제3 위치신호를 출력하는 위치검출부와, 제어전압에 따라 모터의 3상 코일에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 발생하는 신호발생수단과, 신호발생수단으로부터 출력되는 PWM 신호와 회전자의 위치신호를 조합하여, 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하도록 각각 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 구동신호와 하측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하기 위한 제1 내지 제3 게이트 신호를 발생하는 논리 제어부와, 제1 내지 제3 PWM 신호에 따라 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 구동하기 위한 프리 증폭을 실시하는 제1 내지 제3 게이트 드라이버를 포함한다.
Figure R1020070114537
모터 구동 장치, 인버터, 파워 FET, 게이트 드라이버, 3상 구동

Description

게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치{GATE DRIVER AND MOTOR DRIVING DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 3상 구동방식의 BLDC 모터를 인버터를 사용하여 구동할 때 인버터의 상측 채널은 게이트 드라이버를 통하여 구동하고, 하측 채널은 논리 제어부로부터 직접 제어가 이루어짐에 의해 회로 구조가 간단하게 이루어질 수 있고, 또한 게이트 드라이버는 간단한 회로 소자들을 사용하여 인버터의 상측 채널을 구동할 수 있어 제조비용을 크게 절감할 수 있는 게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치에 관한 것이다.
최근 에너지 효율을 높이기 위해 가전제품(에어컨, 세탁기, 냉장고 등)에 인버터에 의해 제어되는 3상 브러쉬레스 직류 모터를 사용하는 경우가 많아지고 있다. 브러쉬레스 직류 모터(Brushless DC motor, BLDC motor)는 무정류자 모터(commutatorless motor)라고도 하며, 통상 직류 모터의 중요한 부품인 브러쉬와 정류자 대신 트랜지스터, MOSFET, IGBT와 같은 전력 스위칭 반도체 소자를 사용한 전자회로의 스위칭에 의해 고정자 권선에 흐르는 전류를 절환하여 토크를 발생시켜 구동하는 모터이다.
따라서 브러쉬레스 직류 모터는 동기 모터의 구조에 직류모터와 유사한 전류 대 토크, 속도 대 전압의 특성을 갖고 있으며, 고효율, 높은 전력 밀도 때문에 가전용 기기에서 산업용 기기에 이르기까지 사용분야가 점점 확대되고 있는 추세이다.
3 상 브러쉬레스 직류 모터는 단상에 비해 토크 제어가 용이하며 효율이 높고 소음면에서도 유리하여 대용량은 대부분 3 상으로 구동된다.
이러한 브러쉬레스 직류 모터는 고정자로서 3 개의 코일이 전기적으로 120도의 위상차를 갖도록 회전자인 영구자석과 대향하여 배치되며, 스위칭 소자를 통해 각 상의 고정자 코일들을 선택적으로 통전시킬 때 그에 따라 자화되는 코어와 영구자석의 자극 상호간에 작용하는 자기력에 의하여 회전자가 회전하게 된다. 그러므로 브러쉬레스 직류 모터의 구동을 제어하기 위해서는 회전자의 자극과 고정자 각상 코어와의 상대적인 위치를 검출하는 것이 필요하며, 이를 위해 홀소자(Hall device)를 사용한 위치검출 센서가 사용되고 홀소자에 의해 검출된 위치 정보에 의해 고정자 권선에 적절한 전압을 인버터를 통해 인가한다.
상기한 브러쉬레스 직류 모터를 구동하는 데 사용되는 모터 구동 장치는 FET 또는 IGBT와 같은 6개의 전력 스위칭 소자를 사용한 전압형 인버터가 사용된다. 이러한 인버터는 펄스폭변조(PWM: Pulse Width Modulation) 구동방법에 의해 주로 제어된다. 일반적으로 PWM 구동방법은 전압을 일정하게 놓고 전류를 펄스방식으로 주어서 평균전류를 제어하는 것으로 이때 펄스폭의 비율을 제어하는 방식이 PWM 제어 이다.
상기한 PWM 구동 방식으로서, 삼각파 슬라이스방식과 피크전류 검출방식이 알려져 있다. 삼각파 슬라이스 방식은 코일전류를 검출저항으로 보내, 검출저항에 발생하는 전압과 토크지령전압의 차분을 슬라이스레벨로서 출력하는 에러증폭기를 이용하여, 이 슬라이스레벨로 일정 주기의 삼각파를 슬라이스하여 코일로의 통전기간을 결정하는 방식이다. 피크전류 검출방식은, 에러증폭기를 이용하지 않으며, 코일전류가 흐르는 전류검출저항에 발생한 전압이 토크지령전압에 달하면, 코일로의 전류 공급을 정지하고 회생전류모드로 하는 방식이다.
6개의 인버터를 사용하는 종래의 모터 구동 장치는 크게 마이컴, 로직부, 3개의 게이트 드라이버부 및 6개의 FET(field effect transistor)를 포함하는 인버터로 구성된다.
출력 구동부를 형성하는 6개의 FET 소자는 상측(High Side)은 P 채널 소자를 사용하고 하측(Low Side)에 N 채널 소자를 사용하여 조합된 경우 구동회로가 간단하게 이루어지는 장점이 있는 반면에 P 채널 소자는 N 채널 소자에 비하여 1.5~2.5배로 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서, 상측의 FET도 가격이 저렴한 N 채널 소자를 사용하여 출력 구동부를 갖는 모터 구동 장치가 많이 사용되고 있다. 이하에 6개의 N 채널 FET를 사용한 모터 구동 장치를 예를 들어 설명한다.
도 1은 예를 들어, 로봇 청소기에 사용되는 모터 구동 장치를 설명하기 위한 개략 블록도이다.
도 1을 참조하면, 모터 구동 장치는, 마이컴(10)과, 로직부(20)와, 3개의 게 이트 드라이버(31,32,33) 및 6개의 N 채널 FET로 이루어진 인버터(40)로 구성되어, 모터(50)에 구동 전압을 인가한다.
상기 도 1에 도시된 모터 구동 장치는 모터(50)가 3상 구동 방식으로 구동되는 경우를 예시한 것으로, 3개의 상측(High Side) FET(FET1~FET3)와 3개의 하측 FET(FET4~FET6)가 3쌍의 인버터를 형성하여 이들의 3 접속점으로부터 인버터 출력이 발생되어 모터(50)의 3상 구동코일에 교대로 3상 구동 전압(OUT1~OUT3)을 인가한다.
마이컴(10)은 0 내지 5 볼트(Volt)의 가변 전압을 입력받아 PWM(펄스폭변조) 신호를 로직부(20)로 출력한다.
로직부(20)는 마이컴(10)으로부터 출력되는 PWM 신호와, 모터(50)의 홀 소자가 회전자의 자석 극성을 검출한 3개의 검출 신호(HS)를 조합하여 게이트 제어신호(HIN,LIN)를 형성한다.
3개의 게이트 드라이버(31~33)는 각각 로직부(20)로부터 출력되는 게이트 제어신호(HIN,LIN)를 상측 및 하측 FET를 구동할 수 있는 상측 및 하측 드라이버 출력(HO,LO)으로 변환하여 상측 FET(FET1~FET3)의 게이트 단자로 인가한다.
6개의 FET(FET1~FET6)는 파워 소자로 구현되며, 상측 FET(FET1~FET3) 및 하측 FET(FET4~FET6) 각각은 대응하는 모터(50)의 3상, 예를 들어, U, W, V 상 구동 코일에 각각 연결되어, 게이트 단자로 인가되는 상측 및 하측 드라이버 출력(HO,LO)에 따라 모터(50)에 3상 구동 전압(OUT1~OUT3)을 인가하여 모터(50)를 구동시킨다.
이 경우, 상기 도 1에 예시된 종래의 모터 구동 장치에서 게이트 드라이버(31~33)는 각각 내부적으로 상측 및 하측 드라이버를 구비하고, 상측 FET(FET1~FET3) 및 하측 FET(FET4~FET6)를 구동하기 위한 상측 및 하측 드라이버 출력신호(HO,LO)를 발생하며, 또한 플로팅 채널은 부트스트랩 동작(Bootstrap Operation)을 수행하도록 설계되어 있다.
따라서, 상기 게이트 드라이버(31~33)는 기본적으로 인버터(40)의 FET를 구동하는데 필요한 전류 증폭의 역할과, 모터 상 포인트에서 마이컴(10)으로부터 발생된 PWM 구동신호가 온(ON)인 경우 인버터(40)의 상측(High Side) FET(FET1~FET3)의 게이트 단자가 상측 FET(FET1~FET3)와 하측 FET(FET4~FET6) 사이의 접속점(즉, 인버터 출력)보다 (+)15V가 더 높게 유지되도록 하며, 마이컴(10)으로부터 오프(OFF)신호가 출력된 경우 게이트 단자가 출력상과 동일한 전압, 즉 0V가 되도록 제어하는 역할을 한다.
이러한 역할을 하기 위하여 종래에 개발된 게이트 드라이버는 입/출력 핀이 각각 2개씩으로 구현되는 IC 칩을 이용하거나 또는 3개의 게이트 드라이버를 하나의 IC 칩으로 구현하고 있다. 예컨대, FAIRCHILD SEMICONDUCTOR 사의 'FAN 7382'(High-and Low-Side Gate Driver), 또는 International Rectifier 사의 'IR 2101' 또는 'IR 2106' 와 같은 IC 칩 제품을 이용하여 각각의 게이트 드라이버(31~33)를 구현하고 있으나, 이러한 게이트 드라이버 IC 칩 자체의 가격이 고가이기 때문에 모터 구동 장치의 생산 단가가 크게 비싸지게 되는 원인이 된다.
즉, 3상 구동 방식의 모터를 구동시키기 위해서는 3개의 고가 게이트 드라이 버 칩을 사용하여 구현되기 때문에 모터 구동 장치의 생산 단가가 올라감에 따라 이를 채용하는 전자 기기, 특히, 로봇청소기와 같이 밧데리를 구동전원으로 사용하는 전기제품의 생산 단가 역시 상승하게 되어 경쟁력을 낮추는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 그 목적은 3상 구동방식의 BLDC 모터를 인버터를 사용하여 구동할 때 인버터의 상측 채널은 게이트 드라이버를 통하여 구동하고, 하측 채널은 논리 제어부로부터 직접 제어가 이루어짐에 의해 회로 구조가 간단하게 이루어질 수 있는 모터 구동 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고가의 IC 칩을 사용하지 않고, 간단한 회로 소자들을 사용하여 부트스트랩 기능을 가지고 인버터의 상측 채널을 구동할 수 있는 게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 토탬폴 접속된 상측 및 하측 구동트랜지스터를 갖는 인버터를 구비하며, 상기 인버터의 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점으로부터 모터로 전류를 공급하는 모터 구동 장치의 상측 구동트랜지스터를 구동하기 위한 게이트 드라이버에 있어서, 입력측에 인가되는 PWM(펄스폭변조) 신호에 따라 위상 반전된 출력을 발생하는 제1 트랜지스터와; 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터에 분압회로를 형성하도록 직렬 접속된 제1 저항 및 제2 저항과; 상 기 제1 저항에 캐소드가 연결되고 애노드에 공급전원(Vcc)이 연결되어 상기 공급전원 방향으로 전류가 흐르는 것을 저지함과 동시에 정류하는 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드와; 상기 부트스트랩 다이오드의 캐소드 단자와 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점 사이에 삽입되며 공급전원(Vcc)에 의해 충전이 이루어지는 부트스트랩 캐패시터와; 상기 제1 저항 및 제2 저항의 분압회로 출력에 베이스가 연결되고 에미터 단자에 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 부트스트랩 캐패시터의 일단에 연결되어 상기 제1 트랜지스터가 턴온되는 경우 콜렉터 출력측에 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제1 트랜지스터가 턴오프되는 경우 콜렉터 출력측에 모터 상 전위로 강하되는 제2 트랜지스터와; 상기 제2 트랜지스터의 출력에 각각의 베이스가 공통 연결되고 공통 접속된 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되도록 상호간에 상보형 에미터 폴로워를 이루고 있으며, 상기 제2 트랜지스터가 턴온되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 상측 구동트랜지스터를 구동시킬 수 있는 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제2 트랜지스터가 턴오프되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 모터 상 전위로 강하되는 제3 및 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버를 제공한다.
상기 부트스트랩 캐패시터는 상기 하측 구동트랜지스터가 턴온 상태이고 상측 구동트랜지스터가 턴오프 상태일 때 상기 공급전원에 의해 전하가 충전된다.
또한, 상기 제3 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터 출력에 베이스 가 연결되고 콜렉터가 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되고, 상기 제4 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터 출력에 베이스가 연결되고 콜렉터가 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점에 연결되며 에미터가 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 연결되어 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되는 것이 바람직하다.
상기 모터는 3상 구동 방식으로 구동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 각각 직렬로 접속된 상측 및 하측 구동트랜지스터를 갖는 제1 내지 제3 인버터를 구비하며, 상기 인버터 각각의 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점으로부터 3상 구동 모터로 전류를 공급하는 모터 구동 장치에 있어서, 상기 모터의 회전자 위치에 따른 제1 내지 제3 위치신호를 출력하는 위치검출부와; 제어전압에 따라 모터의 3상 코일에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 발생하는 신호발생수단과; 상기 신호발생수단으로부터 출력되는 상기 PWM 신호와 제1 내지 제3 위치신호에 기초하여, 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하도록 각각 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 구동신호와 하측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하기 위한 제1 내지 제3 게이트 신호를 발생하는 논리 제어부와; 각각 상기 제1 내지 제3 게이트 구동신호를 이루는 상기 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호에 따라 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 구동하기 위한 프리 증폭을 실시하는 제1 내지 제3 게 이트 드라이버를 포함하며, 상기 논리 제어부는 상기 위치신호에 따라 제1 내지 제3 인버터 중 어느 하나의 상측 구동트랜지스터를 선택하여, 미리 설정된 기간 도통시킴과 동시에, 나머지 상기 인버터의 하측 구동트랜지스터 중 하나를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치를 제공한다.
상기 모터 구동 장치에서, 상기 위치검출부는 상기 회전자의 자계의 세기에 대응하는 제1 내지 제3 위치신호를 발생하는 제1 내지 제3 홀소자를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 내지 제3 게이트 드라이버는 각각 입력측에 인가되는 PWM 신호에 따라 위상 반전된 출력을 발생하는 제1 트랜지스터와; 상기 제1 트랜지스터의 콜렉터에 분압회로를 형성하도록 직렬 접속된 제1 저항 및 제2 저항과; 상기 제1 저항에 캐소드가 연결되고 애노드에 공급전원(Vcc)이 연결되어 상기 공급전원 방향으로 전류가 흐르는 것을 저지함과 동시에 정류하는 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드와; 상기 부트스트랩 다이오드의 캐소드 단자와 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점 사이에 삽입되며 공급전원(Vcc)에 의해 충전이 이루어지는 부트스트랩 캐패시터와; 상기 제1 트랜지스터가 턴온되는 경우 턴온되어 출력이 모터 상전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제1 트랜지스터가 턴오프되는 경우 턴오프되어 출력이 모터 상전위로 강하하는 제2 트랜지스터와; 상기 제2 트랜지스터의 출력에 각각의 베이스가 공통 연결되고 공통 접속된 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되도록 상호간에 상보형 에미터 폴로워를 이루고 있으며, 상기 제2 트랜지스터가 턴온되는 경우 에미터 폴로 워의 출력은 상측 구동트랜지스터를 구동시킬 수 있는 모터 상전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제2 트랜지스터가 턴오프되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 모터 상전위로 강하되는 제3 및 제4 트랜지스터를 포함한다.
이 경우, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 저항 및 제2 저항의 분압회로 출력에 베이스가 연결되고 에미터 단자에 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 부트스트랩 캐패시터의 일단에 연결되는 것이 바람직하다.
상기 논리 제어부는 상기 제1 내지 제3 위치신호를 위상이 180도 차이가 나도록 반전시킨 제1 내지 제3 반전 위치신호를 발생하는 제1 내지 제3 반전기와; 상기 PWM 신호와 제1 내지 제3 위치신호 및 제1 내지 제3 반전 위치신호를 조합하여, 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하도록 각각 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 구동신호를 발생하는 제1 내지 제3 AND 게이트와; 상기 3쌍의 위치신호를 조합하여 하측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하기 위한 제1 내지 제3 게이트 신호를 발생하는 제4 내지 제6 AND 게이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 AND 게이트는 제2 위치신호와 제3 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제2 위치신호와 제3 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제1 PWM 신호가 발생되고, 상기 제2 AND 게이트는 제3 위치신호와 제1 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제3 위치신호와 제1 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제2 PWM 신호가 발생되며, 상기 제3 AND 게이트는 제1 위치신호와 제2 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제1 위치신호와 제2 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제3 PWM 신호가 발생되고, 상기 제4 AND 게이트는 입력되는 제3 위치신호와 제2 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제1 게이트 신호를 발생하고, 상기 제5 AND 게이트는 입력되는 제1 위치신호와 제3 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제2 게이트 신호를 발생하며, 상기 제6 AND 게이트는 입력되는 제2 위치신호와 제1 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제3 게이트 신호를 발생하도록 논리가 설정되어 있다.
따라서, 상기 제1 내지 제3 인버터의 상측 구동트랜지스터 중 하나의 게이트에 인가되는 게이트 전압이 하이레벨(H)인 경우 이에 대응하는 하측 구동트랜지스터의 게이트에 인가되는 게이트 전압은 로우레벨(L)로 설정된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 3상 구동방식의 BLDC 모터를 인버터를 사용하여 구동할 때 인버터의 상측 채널은 게이트 드라이버를 통하여 구동하고, 하측 채널은 논리 제어부로부터 직접 제어가 이루어짐에 의해 회로 구조가 간단하게 이루어질 수 있고, 또한 게이트 드라이버는 간단한 회로 소자들을 사용하여 인버터의 상측 채널을 구동할 수 있어 제조비용을 크게 절감할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 게이트 드라이버 및 이를 이용한 모터 구동 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 장치를 나타낸 회로도이다.
도 2에 도시된 본 발명의 모터 구동 장치는 마이컴(100), 위치검출부(110), 논리 제어부(200), 3개의 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303) 및 3개의 제1 내지 제3 인버터(401-403)를 구비하고 있다.
먼저, 본 발명의 모터 구동 장치에 의해 구동이 이루어지는 모터(500)는 3상 구동방식으로 구동이 이루어지도록 고정자에 U상 코일(501)과, V상 코일(502)과, W상 코일(503)을 구비하며 스타(star)(Y)결선 방식으로 연결된 BLDC 모터이다.
상기 제1 내지 제3 인버터(401-403)는 U상, V상, W상 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)와 U상, V상, W상 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)가 각각 공급전원(VDD)과 접지 사이에 U상, V상, W상의 토탬폴 접속된 출력회로를 형성하도록 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)의 소스가 U상, V상, W상 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)의 드레인에 각각 접속되며, 각각의 접속점(PU,PV,PW)으로부터 모터(500)의 U상 코일(501)과, V상 코일(502)과, W상 코일(503)에 대한 출력신호가 발생된다.
상기 구동트랜지스터(Q1~Q6)는, 스위칭 소자로서 동작하는 n형 파워 MOS FET로 이루어지며, 구동트랜지스터(Q1~Q6)의 드레인과 소스 사이에는 구동트랜지스터가 턴오프시에 코일(501-503)로부터 발생된 역기전력을 프리휠링시키기 위한 다이오드(D1-D6)가 역방향으로 접속되어 있다.
BLDC 모터의 구동 장치는 3상 BLDC 모터(500)의 고정자측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주며, 모터(500)의 회전자는 구동장치로부터 공급되는 전류에 기초한 자계에 의해 회전한다. 모터(500)의 회전자를 한쪽 방향으로 계속해서 회전시키기 위해서는 회전자의 위치(회전자의 자계의 세기)를 3개의 홀소자(HA,HB,HC)를 사용하여 회전자(rotor)의 자계에 의해 형성되며 위상이 120ㅀ차이가 나는 3개의 신호를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 따라 코일(501-503)의 각 상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자, 즉 구동트랜지스터(Q1~Q6)를 순차적/선택적으로 온, 오프시켜야 한다.
이를 위해 상기 위치검출부(110)는 3개의 홀IC(Hall IC)(HA,HB,HC)를 구비하고, 3개의 홀IC(Hall IC)(HA,HB,HC)에 의해 회전자의 자계의 세기에 대응하는 제1 내지 제3 위치신호(SA,SB,SC)를 발생하여 논리 제어부(200)로 출력한다. 이 경우 상기 홀IC(Hall IC)(HA,HB,HC)의 출력단과 공급전원(Vcc) 사이에는 노이즈 제거를 위해 풀업 저항(R6-R8)이 접속되어 있다.
마이컴(CPU)(100)은, 모터 구동 장치가 로봇청소기의 진공흡입장치에 사용되는 모터인 경우, PWM(펄스폭변조) 방식으로 모터(500)에 대한 구동전류 공급을 제어하기 위하여 모터(500)가 적용되는 각종 청소기 본체의 제어부로부터 공급되는 0내지 3.3 또는 5볼트 범위에서 가변되는 제어전압에 따라 코일(501-503)에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 출력한다. 즉, 로봇청소기 등의 진공흡입장치는 미리 설정된 출력 세기에 비례하는 제어전압을 사용자가 선택함에 따라 해당하는 세기의 출력으로 진공흡입이 이루어지도록 모터를 일정한 속도로 구동시키는 것으로, PWM 신호는 단지 본체로부터 공급되는 제어전압에 따라 통전시간이 결정되고 있다. 따라서, 마이컴(100)은 PWM 신호를 발생하는 신호발생수단으로 이용되고 있다.
그러나, 모터 구동 장치의 PWM 신호는 본체로부터의 토크 제어전압과 PWM 방식의 일종인 삼각파 슬라이스 방식 또는 피크전류 검출방식에 따라 결정되는 코일에 흐르는 전류에 대응하는 전압에 따라 코일에 인가되는 통전시간이 결정될 수 있다. 만약 PWM 방식으로 피크전류 검출방식에 따라 이루어지는 경우 마이컴(100)의 입력에는 코일(501-503)에 흐르는 전류의 피크값이 공급된다.
상기 논리 제어부(200)는 3개의 반전기(111-113)를 구비하고, 반전기(111-113)를 통하여 위상이 180도 차이가 나도록 반전시킨 제1 내지 제3 반전 위치신호(/SA,/SB,/SC)를 발생하며, 상기 마이컴(100)으로부터 출력되는 상기 PWM 신호와 3쌍의 위치신호(SA,/SA,SB,/SB,SC,/SC)를 조합하여, 제1 내지 제3 인버터(401-403)의 상측 채널(즉, 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5))은 각각 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)를 통하여 구동하고, 하측 채널(즉, 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6))은 직접 제어가 이루어지도록 3개의 게이트 구동신호(AH-CH)와 3개의 게이트 신호(GAL-GCL)를 발생한다.
상기 3개의 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)는 각각 논리 제어부(200)로부터 공급되는 3개의 게이트 구동신호(AH-CH), 즉 제1 내지 제3 PWM 신호에 의해 제1 내지 제3 인버터(401-403)의 상측 채널을 형성하는 U상, V상, W상 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)를 구동하는 데 필요한 게이트 신호(GAH-GCH)를 발생하고 있다. 이에 대하여는 후술한다.
상기 논리 제어부(200)는 제1 내지 제3 위치신호(SA,SB,SC)와 위상이 180도 차이가 나도록 반전시킨 제1 내지 제3 반전 위치신호(/SA,/SB,/SC)를 발생하는 3개 의 반전기(111-113)와, 상기 PWM 신호와 3쌍의 위치신호(SA,/SA,SB,/SB,SC,/SC)를 조합하여 3개의 게이트 구동신호(AH-CH)를 발생하기 위하여 제1 내지 제3 AND 게이트(AND1-AND3)와, 3개의 게이트 신호(GAL-GCL)를 발생하는 제4 내지 제6 AND 게이트(AND4-AND6)를 포함하고 있다.
상기 제1 AND 게이트(AND1)는 3입력단자에 제2 위치신호(SB)와 제3 반전 위치신호(/SC) 및 PWM 신호가 인가되므로, 제2 위치신호(SB)와 제3 반전 위치신호(/SC)가 모두 하이레벨(H)인 기간동안 제1 PWM 신호가 출력되어 제1 게이트 드라이버(301)로 인가된다.
또한, 상기 제2 AND 게이트(AND2)는 3입력단자에 제3 위치신호(SC)와 제1 반전 위치신호(/SA) 및 PWM 신호가 인가되므로, 제3 위치신호(SC)와 제1 반전 위치신호(/SA)가 모두 하이레벨(H)인 기간동안 제2 PWM 신호가 출력되어 제2 게이트 드라이버(302)로 인가된다.
또한, 상기 제3 AND 게이트(AND3)는 3입력단자에 제1 위치신호(SA)와 제2 반전 위치신호(/SB) 및 PWM 신호가 인가되므로, 제1 위치신호(SA)와 제2 반전 위치신호(/SB)가 모두 하이레벨(H)인 기간동안 제3 PWM 신호가 출력되어 제3 게이트 드라이버(303)로 인가된다.
결과적으로, 상기 제1 내지 제3 AND 게이트(AND1-AND3)로부터 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)의 입력에 인가하는 게이트 구동신호(AH-CH)는 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호가 된다.
더욱이, 상기 제4 AND 게이트(AND4)는 2입력단자에 입력되는 제3 위치신 호(SC)와 제2 반전 위치신호(/SB)가 모두 하이레벨(H)인 경우 제1 인버터(401)의 하측 구동트랜지스터(Q2)로 게이트 신호(GAL)를 인가하고, 상기 제5 AND 게이트(AND5)는 2입력단자에 입력되는 제1 위치신호(SA)와 제3 반전 위치신호(/SC)가 모두 하이레벨(H)인 경우 제2 인버터(402)의 하측 구동트랜지스터(Q4)로 게이트 신호(GBL)를 인가하며, 상기 제6 AND 게이트(AND6)는 2입력단자에 입력되는 제2 위치신호(SB)와 제1 반전 위치신호(/SA)가 모두 하이레벨(H)인 경우 제3 인버터(403)의 하측 구동트랜지스터(Q6)로 게이트 신호(GCL)를 인가한다.
상기 제1 AND 게이트(AND1)로 입력되는 제2 위치신호(SB)와 제3 반전 위치신호(/SC)는 상기 제4 AND 게이트(AND4)로 입력되는 제3 위치신호(SC) 및 제2 반전 위치신호(/SB)와 서로 반대의 논리 레벨을 가지는 타이밍이 존재하며, 상기 제2 AND 게이트(AND2)로 입력되는 제3 위치신호(SC)와 제1 반전 위치신호(/SA)는 상기 제5 AND 게이트(AND5)로 입력되는 제1 위치신호(SA) 및 제3 반전 위치신호(/SC)와 서로 반대의 논리 레벨을 가지는 타이밍이 존재하고, 상기 제3 AND 게이트(AND3)로 입력되는 제1 위치신호(SA)와 제2 반전 위치신호(/SB)는 상기 제6 AND 게이트(AND6)로 입력되는 제2 위치신호(SB) 및 제1 반전 위치신호(/SA)와 서로 반대의 논리 레벨을 가지는 타이밍이 존재하도록 설정되어 있다.
즉, 제1 내지 제3 인버터(401-403)의 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5) 중 하나의 게이트에 인가되는 게이트 신호(GAH-GCH)가 하이레벨(H)로 설정되는 경우 이에 대응하는 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)의 게이트에 인가되는 게이트 신호(GAL-GCL)는 로우레벨(L)로 설정되어 있다.
따라서, 만약, 제1 인버터(401)의 상측 구동트랜지스터(Q1)가 턴온 상태로 되면 이에 대응하는 하측 구동트랜지스터(Q2)는 턴오프 상태로 되어, 구동전원(VDD)으로부터 턴온 상태의 상측 구동트랜지스터(Q1)를 통하여 접속점(PU)으로부터 모터(500)의 U상의 코일(501)로 전류가 흐르게 된다. U상 코일(501)로 흐른 전류는 제2 및 제3 인버터(402,403)의 하측 구동트랜지스터(Q4,Q6) 중 하나가 턴온되므로 해당 상의 코일(502,503)을 통하여 접지로 흐르게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 모터 구동 장치에서는 논리 제어부(200)에서 상기 PWM 신호와 상기 위치검출부(110)로부터의 3개 위치신호(SA,SB,SC)를 조합하여 얻어진 게이트 구동신호(AH-CH)를 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)에 순차적 및 선택적으로 인가하여 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5) 중 하나를 턴온시키고, 게이트 신호(GAL-GCL)를 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6) 중의 하나의 게이트에 직접 인가함에 의해 제1 내지 제3 인버터(401-403)를 통하여 3상 구동 모터(500)의 코일(501-503)에 대한 전류 흐름 경로를 제어하여 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 한다.
또한, 상기 논리 제어부(200)는 상기 제1 내지 제3 인버터(401-403) 중 어느 하나의 구동트랜지스터, 예를 들어, 제1 인버터(401)의 상측 구동트랜지스터(Q1)를 상기 위치신호(SA,SB,SC)에 따라 선택하여, 미리 설정된 기간 도통시키며, 이와 동시에, 나머지 상기 제2 및 제3 인버터(402,403)의 하측 구동트랜지스터(Q4,Q6)를 도통시키고, 도통되는 상기 구동트랜지스터가 예를 들어, 제1 인버터(401)의 하측 구동트랜지스터(Q2)인 경우 나머지 제2 및 제3 인버터(402,403)의 상측 구동트랜지스터(Q3,Q5)를 도통시키도록 게이트 구동신호(AH-CH)와 게이트 신호(GAL-GCL)를 각각 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)와 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)에 인가하는 것도 가능하다.
이 경우 모터(500)에 대한 속도와 토크 제어는 마이컴(100)에서 발생된 PWM 신호에 따라 게이트 드라이버(301-303)와 제1 내지 제3 인버터(401-403)가 작동하여 이루어지게 된다.
도 2에서 게이트 드라이버(301-303)의 출력과 구동트랜지스터(Q1-Q6)의 게이트 사이에 삽입된 게이트 저항(R11,R13,R15,R17,R19,R21)은 전류 제한용이고, 구동트랜지스터(Q1-Q6)의 게이트와 소스 사이에 접속된 저항(R12,R14,R16,R18,T20,R22)은 고용량 저항으로서 FET의 게이트와 소스 사이에 형성되는 기생 캐패시터에 충전된 전하에 의해 FET가 오동작하는 것을 방지하도록 기생 캐패시터에 충전된 전하를 방전시키기 위한 것이다. 이 경우 저항(R12,R14,R16,R18,T20,R22)은 생략하는 것도 가능하다.
상기 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)는 서로 동일한 회로 구성으로 이루어져 있으며, 각각 논리 제어부(200)로부터 공급되는 3개의 게이트 구동신호(AH-CH)에 따라 인버터(401-403)의 상측 채널을 형성하는 U상, V상, W상 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)를 구동하는 데 필요한 게이트 신호(GAH-GCH)를 발생하고 있다.
상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)의 소스와 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)의 드레인 사이의 접속점(PU,PV,PW)은 구동트랜지스터(Q1-Q6)의 턴온 및 턴오프에 따라 동작전원(VDD)에서 0V 사이로 전압의 변동이 이루어지고 있다.
따라서, 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)를 턴온시키기 위하여는 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)가 5V에서 동작하는 FET 소자인 경우 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)의 게이트 단은 접속점(PU,PV,PW)(즉, 모터의 상 전압) 보다 +5V가 되도록 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)의 게이트 신호(GAH-GCH)를 발생하는 것이 요구된다.
이하에, 게이트 드라이버의 상세한 회로 구성과 구동 방식을 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 게이트 드라이버의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 제1 게이트 드라이버(301)에서는 마이컴(100)으로부터 논리 제어부(200)의 제1 AND 게이트(AND1)를 통하여 인가된 게이트 신호(AH), 즉 제1 PWM 신호가 베이스 저항으로 사용된 제3 저항(R3)을 통하여 NPN 타입의 콘먼 에미터 방식으로 에미터가 접지된 제1 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 인가되고, 제1 트랜지스터(TR1)의 콜렉터 단자에는 분압회로를 형성하도록 직렬 접속된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)이 부하로 접속되어 있다.
상기 제1 저항(R1)의 양단에는 제1 캐패시터(C1)가 병렬 연결되고, 제1 저항(R1)과 제1 캐패시터(C1)에는 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드(D10)의 캐소드가 연결되고, 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드(D10)의 애노드에는 후술하는 부트스트 랩 용도의 제2 캐패시터(C2)에 충전되는 전류를 제한하기 위한 제5 저항(R5)을 통하여 +5V 전압이 인가되는 공급전원(Vcc)이 연결되어 있다.
상기 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)의 분압회로에 의해 출력이 얻어지는 접속점(P3)은 콘먼 에미터(CE)방식으로 사용된 PNP 타입의 제2 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자에 연결되고, 제2 트랜지스터(TR2)의 에미터 단자에는 상기 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드(D10)와 제5 저항(R5)을 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되어 있다.
상기 제2 트랜지스터(TR2)의 컬렉터 단자에는 후단에 접속되는 인버터(401)의 파워용 구동트랜지스터(Q1)를 구동시키는데 필요한 프리 증폭기로서 기능을 갖도록 서로 극성이 다르고, 특성이 동일한 제3 및 제4 트랜지스터(TR3,TR4)가 각각 상보형(complementary) 에미터 폴로워(Emitter Follower)(310)를 형성하며, 전류 증폭기로서 역할을 한다.
이를 위하여 제2 트랜지스터(TR2)의 컬렉터 단자에 제3 및 제4 트랜지스터(TR3,TR4)의 베이스 단자가 연결되어 있고, 제3 트랜지스터(TR3)의 콜렉터 단자에는 다이오드(D10)를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되어 있으며, 제4 트랜지스터(TR4)의 베이스와 콜렉터 사이에는 제4 저항(R4)이 연결되어 있고, 제3 및 제4 트랜지스터(TR3,TR4)의 에미터 단자로부터 증폭된 출력이 제1 인버터(401)의 상측 구동트랜지스터(Q1)에 인가되며, 제4 트랜지스터(TR4)의 콜렉터 단자는 제1 인버터(401)의 상측 및 하측 구동트랜지스터(Q1,Q2)의 접속점(PU), 즉 모터(500)에 연결 되어 있다.
따라서, 상기 제3 및 제4 트랜지스터(TR3,TR4)는 에미터 폴로워(310)로서 베이스 입력 전압의 극성에 따라 교대로 도통한다. 즉, 베이스에 인가되는 입력신호가 하이(H) 레벨인 경우 제3 트랜지스터가 턴온되고 제4 트랜지스터는 턴오프되며, 입력신호가 로우(L) 레벨인 경우 제3 트랜지스터가 턴오프되고 제4 트랜지스터는 턴온된다.
한편, 상기 공급전원(Vcc) 방향으로 전류가 흐르는 것을 저지함과 동시에 정류하는 부트스트랩 다이오드(D1)의 캐소드 단자와 상측 및 하측 구동트랜지스터(Q1,Q2)의 접속점(PU) 사이에는 부트스트랩 기능을 하는 제2 캐패시터(C2)가 삽입되어 있으며, 상기 제2 캐패시터(C2)에는 하측 구동트랜지스터(Q2)가 턴온 상태이고 상측 구동트랜지스터(Q1)가 턴오프 상태일 때 상기 공급전원(Vcc)에 의해 전하가 충전된다.
이하, 상기한 게이트 드라이버(301)의 동작을 살펴보면, 마이컴(100)으로부터 출력되는 PWM 신호가 ON, 즉 하이(H) 레벨인 경우에는 제1 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 PWM 신호가 인가되어 제1 트랜지스터(TR1)가 턴온된다.
제1 트랜지스터(TR1)가 턴온됨에 따라 제1 트랜지스터(TR1)의 콜렉터(P2)는 로우(L) 레벨로 설정되며, 그 결과 제2 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자에 로우(L) 레벨 전압이 인가되어 제2 트랜지스터(TR2)가 턴온된다. 따라서, 제3 및 제4 트랜지스터(TR3,TR4)의 입력 단자, 즉 접속점(P1)에 모터 상 전압보다 Vcc(+5V)가 더 높게 인가된다.
따라서, 제3 트랜지스터(TR3)가 턴온되고 제4 트랜지스터(TR4)가 턴오프되어 에미터 폴로워(310)는 상기한 Vcc(+5V)와 부트스트랩 기능을 하는 제2 캐패시터(C2)에 충전된 전하가 제3 트랜지스터(TR3)를 통하여 방전되면서 입력 단자에 인가되는 전류를 증폭시켜 상측 구동트랜지스터(Q1)의 게이트 단자에 게이트 구동신호(GAH)로서 입력한다. 이 경우 상측 구동트랜지스터(Q1)의 게이트 단자는 모터 상 전압, 즉 접속점(PU)보다 +5V 더 높게 설정된다.
그 결과 상측 구동트랜지스터(Q1)가 턴온되어, 상측 구동트랜지스터(Q1)를 통하여 모터(500)의 U상 코일(501)로 전류가 흐르게 된다.
한편, 마이컴(100)으로부터 출력되는 PWM 신호가 OFF, 즉 로우(L) 레벨인 경우에는 상기와 반대로 제1 트랜지스터(TR1)는 턴오프되므로, 접속점(P3), 즉 제2 트랜지스터(TR2)의 베이스 단자는 (모터 상 전압+5V)의 하이(H) 레벨 전압으로 상승하게 되어, 그 결과 제2 트랜지스터(TR2)는 턴오프된다.
따라서, 접속점(P1)은 모터 상 전압으로 하강하여, 저항(R4)을 통하여 약한 전류가 흐르며 그 결과 제4 트랜지스터(TR4)가 턴온되어 에미터 폴로워(310)의 출력, 즉 상측 구동트랜지스터(Q1)의 게이트 단자에는 모터 상(相) 전압으로 하강하게 된다.
그 결과, 상측 구동트랜지스터(Q1)는 턴오프되어 상측 구동트랜지스터(Q1)를 통한 모터(500)에 대한 전류가 흐르지 않는다.
한편, 하측 구동트랜지스터(Q2)에 논리 제어부(200)로부터 게이트 구동신호(GAL)로서 하이(H) 레벨 신호가 인가되어 턴온되고, 상측 구동트랜지스터(Q1)가 턴오프 상태로 설정된 경우, 상기 제2 캐패시터(C2)에는 상기 공급전원(Vcc)에 의해 전하가 충전되어 부트스트랩 제2 캐패시터(C2)는 +5V 전압을 공급하는 또 하나의 전압원 역할을 하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 모터 구동 장치에서는 제1 내지 제3 인버터(401-403)의 상측 구동트랜지스터(Q1,Q3,Q5)에 대하여만 간단한 회로 구성으로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 드라이버(301-303)를 통하여 구동하고, 하측 구동트랜지스터(Q2,Q4,Q6)에 대하여는 논리 제어부(200)로부터 직접 제어함에 의해, 전체적으로 회로 구성이 간단하고 저가의 소자를 사용하여 인버터를 사용한 3상 구동 방식으로 모터를 제어할 수 있다.
그 결과 종래와 같은 고가의 IC 칩을 사용하지 않고도 게이트 드라이버를 구현할 수 있다.
상기한 실시예에서는 인버터의 구동트랜지스터를 게이트에 5V 전압이 인가될 때 동작되는 FET 소자를 예를 들어 설명하고, 따라서 공급전원(Vcc)으로 +5V 전원을 사용하는 것을 예시하였으나, FET 소자를 15V에서 동작하는 것을 사용하고 공급전원(Vcc)으로 +15V 전원을 사용하는 것도 가능하다.
상기 실시예에 개시된 본 발명의 모터 구동 장치는 로봇 청소기나 차량과 같이 밧데리 전원, 즉 저압 구동 전원을 사용하는 기기에서 모터를 구동시키는 데 적합하게 설계된 것이나, 220V의 고압전원을 사용하는 것으로 변경하는 것도 당업자 에 의해 용이하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 일반적인 로봇 청소기의 모터 구동 장치를 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 모터 구동 장치를 예시한 회로도.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명에 따른 모터 구동 장치에서 게이트 드라이버의 상세 회로도.
도 4는 본 발명에 따른 모터 구동 장치의 주요부분에 대한 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 마이컴 110 : 위치검출부
111-113 : 반전기 200 : 논리 제어부
301-303 : 제1 내지 제3 게이트 드라이버
310 : 에미터 폴로워 401-403 : 제1 내지 제3 인버터
500 : 모터 501-503 : 코일
AND1-AND6 : AND 게이트 C1,C2 : 캐패시터
D1-D6,D10 : 다이오드 HA-HC : 홀IC
R1-R8,R11-R22 : 저항 Q1-Q6 : 구동트랜지스터
TR1-TR4 : 트랜지스터

Claims (14)

  1. 직렬로 접속된 상측 및 하측 구동트랜지스터를 갖는 인버터를 구비하며, 상기 인버터의 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점으로부터 모터로 전류를 공급하는 모터 구동 장치의 상측 구동트랜지스터를 구동하기 위한 게이트 드라이버에 있어서,
    입력측에 인가되는 PWM(펄스폭변조) 신호에 따라 위상 반전된 출력을 발생하는 제1 트랜지스터와;
    상기 제1 트랜지스터의 콜렉터에 분압회로를 형성하도록 직렬 접속된 제1 저항 및 제2 저항과;
    상기 제1 저항에 캐소드가 연결되고 애노드에 공급전원(Vcc)이 연결되어 상기 공급전원 방향으로 전류가 흐르는 것을 저지함과 동시에 정류하는 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드와;
    상기 부트스트랩 다이오드의 캐소드 단자와 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점 사이에 삽입되며 공급전원(Vcc)에 의해 충전이 이루어지는 부트스트랩 캐패시터와;
    상기 제1 저항 및 제2 저항의 분압회로 출력에 베이스가 연결되고 에미터 단자에 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 부트스트랩 캐패시터의 일단에 연결되어 상기 제1 트랜지스터가 턴온되는 경우 콜렉터 출력측에 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제1 트랜 지스터가 턴오프되는 경우 콜렉터 출력측에 모터 상 전위로 강하되는 제2 트랜지스터와;
    상기 제2 트랜지스터의 출력에 각각의 베이스가 공통 연결되고 공통 접속된 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되도록 상호간에 상보형 에미터 폴로워를 이루고 있으며, 상기 제2 트랜지스터가 턴온되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 상측 구동트랜지스터를 구동시킬 수 있는 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제2 트랜지스터가 턴오프되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 모터 상 전위로 강하되는 제3 및 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부트스트랩 캐패시터는 상기 하측 구동트랜지스터가 턴온 상태이고 상측 구동트랜지스터가 턴오프 상태일 때 상기 공급전원에 의해 전하가 충전되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터 출력에 베이스가 연결되고 콜렉터가 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되고,
    상기 제4 트랜지스터는 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터 출력에 베이스가 연결되고 콜렉터가 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점에 연결되며 에미터가 상기 제3 트랜지스터의 에미터에 연결되어 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버.
  4. 제1항에 있어서, 상기 모터는 3상 구동 방식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치의 게이트 드라이버.
  5. 각각 직렬로 접속된 상측 및 하측 구동트랜지스터를 갖는 제1 내지 제3 인버터를 구비하며, 상기 인버터 각각의 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점으로부터 3상 구동 모터로 전류를 공급하는 모터 구동 장치에 있어서,
    상기 모터의 회전자 위치에 따른 제1 내지 제3 위치신호를 출력하는 위치검출부와;
    제어전압에 따라 모터의 3상 코일에 인가되는 통전시간이 결정되는 PWM 신호를 발생하는 신호발생수단과;
    상기 신호발생수단으로부터 출력되는 상기 PWM 신호와 제1 내지 제3 위치신호를 조합하여, 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하도록 각각 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 구동신호와 하측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하기 위한 제1 내지 제3 게이트 신호를 발생하는 논리 제어부와;
    각각 상기 제1 내지 제3 게이트 구동신호를 이루는 상기 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호에 따라 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 구동하기 위한 프리 증폭을 실시하는 제1 내지 제3 게이트 드라이버를 포함하며,
    상기 논리 제어부는
    상기 제1 내지 제3 위치신호를 위상이 180도 차이가 나도록 반전시킨 제1 내지 제3 반전 위치신호를 발생하는 제1 내지 제3 반전기와, 상기 PWM 신호와 제1 내지 제3 위치신호 및 제1 내지 제3 반전 위치신호를 조합하여, 제1 내지 제3 인버터의 제1 내지 제3 상측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하도록 각각 인가 타이밍이 서로 상이한 제1 내지 제3 PWM 신호로 이루어진 제1 내지 제3 게이트 구동신호를 발생하는 제1 내지 제3 AND 게이트와, 상기 3쌍의 위치신호를 조합하여 하측 구동트랜지스터를 선택적으로 구동하기 위한 제1 내지 제3 게이트 신호를 발생하는 제4 내지 제6 AND 게이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 위치검출부는 상기 회전자의 자계의 세기에 대응하는 제1 내지 제3 위치신호를 발생하는 제1 내지 제3 홀IC를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 게이트 드라이버는 각각
    입력측에 인가되는 PWM 신호에 따라 위상 반전된 출력을 발생하는 제1 트랜지스터와;
    상기 제1 트랜지스터의 콜렉터에 분압회로를 형성하도록 직렬 접속된 제1 저항 및 제2 저항과;
    상기 제1 저항에 캐소드가 연결되고 애노드에 공급전원(Vcc)이 연결되어 상기 공급전원 방향으로 전류가 흐르는 것을 저지함과 동시에 정류하는 부트스트랩(Bootstrap) 다이오드와;
    상기 부트스트랩 다이오드의 캐소드 단자와 상측 및 하측 구동트랜지스터의 접속점 사이에 삽입되며 공급전원(Vcc)에 의해 충전이 이루어지는 부트스트랩 캐패시터와;
    상기 제1 트랜지스터가 턴온되는 경우 턴온되어 출력이 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제1 트랜지스터가 턴오프되는 경우 턴오프되어 출력이 모터 상 전위로 강하하는 제2 트랜지스터와;
    상기 제2 트랜지스터의 출력에 각각의 베이스가 공통 연결되고 공통 접속된 에미터로부터 전류 증폭된 출력이 인버터의 상측 구동트랜지스터에 인가되도록 상호간에 상보형 에미터 폴로워를 이루고 있으며, 상기 제2 트랜지스터가 턴온되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 상측 구동트랜지스터를 구동시킬 수 있는 모터 상 전위와 부트스트랩 캐패시터에 충전된 전압으로 승압되고, 상기 제2 트랜지스터가 턴오프되는 경우 에미터 폴로워의 출력은 모터 상 전위로 강하되는 제3 및 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 트랜지스터는 상기 제1 저항 및 제2 저항의 분압회로 출력에 베이스가 연결되고 에미터 단자에 상기 부트스트랩 다이오드를 통하여 공급전원(Vcc)이 연결되며 부트스트랩 캐패시터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 AND 게이트는 제2 위치신호와 제3 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제2 위치신호와 제3 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제1 PWM 신호가 발생되고,
    상기 제2 AND 게이트는 제3 위치신호와 제1 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제3 위치신호와 제1 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제2 PWM 신호가 발생되며,
    상기 제3 AND 게이트는 제1 위치신호와 제2 반전 위치신호 및 PWM 신호가 입력되며, 제1 위치신호와 제2 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 출력에 제3 PWM 신호가 발생되고,
    상기 제4 AND 게이트는 입력되는 제3 위치신호와 제2 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제1 게이트 신호를 발생하고,
    상기 제5 AND 게이트는 입력되는 제1 위치신호와 제3 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제2 게이트 신호를 발생하며,
    상기 제6 AND 게이트는 입력되는 제2 위치신호와 제1 반전 위치신호가 모두 하이레벨(H)인 경우 제3 게이트 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 논리 제어부는 상기 위치신호에 따라 제1 내지 제3 인버터 중 어느 하나의 상측 구동트랜지스터를 선택하여, 미리 설정된 기간 도통시킴과 동시에, 나머지 상기 인버터의 하측 구동트랜지스터를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 논리 제어부는 상기 위치신호에 따라 제1 내지 제3 인버터 중 어느 하나의 상측 구동트랜지스터를 선택하여, 미리 설정된 기간 도통시킴과 동시에, 나머지 상기 인버터의 하측 구동트랜지스터 중 하나를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 논리 제어부는 상기 위치신호에 따라 제1 내지 제3 인버터 중 어느 하나의 하측 구동트랜지스터를 선택하여, 미리 설정된 기간 도통시킴과 동시에, 나머지 상기 인버터의 상측 구동트랜지스터를 도통시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  14. 제5항 내지 제8항과 제10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는 진공발생장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
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