[go: up one dir, main page]

KR101272595B1 - Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101272595B1
KR101272595B1 KR1020110132559A KR20110132559A KR101272595B1 KR 101272595 B1 KR101272595 B1 KR 101272595B1 KR 1020110132559 A KR1020110132559 A KR 1020110132559A KR 20110132559 A KR20110132559 A KR 20110132559A KR 101272595 B1 KR101272595 B1 KR 101272595B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dead time
signal
control
switching element
switching
Prior art date
Application number
KR1020110132559A
Other languages
English (en)
Inventor
송호득
장상현
Original Assignee
기아자동차주식회사
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 기아자동차주식회사, 현대자동차주식회사 filed Critical 기아자동차주식회사
Priority to KR1020110132559A priority Critical patent/KR101272595B1/ko
Priority to JP2012062231A priority patent/JP6063136B2/ja
Priority to US13/425,708 priority patent/US9099952B2/en
Priority to DE102012204926.6A priority patent/DE102012204926B4/de
Priority to CN201210097675.3A priority patent/CN103166550B/zh
Application granted granted Critical
Publication of KR101272595B1 publication Critical patent/KR101272595B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 하드웨어 회로 설계를 적용하여 데드타임을 제어할 수 있는 DC 모터 PWM 제어 전용 반도체를 개발함으로써, 기존의 차량 제어기에 마이컴이 탑재되지 않는 경우에도 온 칩으로 데드타임 구간 제어가 가능한 DC 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 DC 모터용 스위칭 소자의 제어 장치는 반도체 칩 내부에 장착되어 하프 브리지로 칩 내부 회로를 구성하는 스위칭 소자; 및 상기 반도체 칩에 설치되어 상기 스위칭 소자 동작 시 데드타임 구간을 제어하여 게이팅 신호를 송신하며, 모터와 직결되는 스위칭 소자를 구동할 수 있도록 된 데드타임 제어부;를 포함하여 전력손실을 최소화할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

ＤＣ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법{DC motor PWM control apparatus and method for the same}
본 발명은 DC 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하드웨어 회로 설계를 이용하여 데드타임을 제어할 수 있는 DC 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 하이브리드 차량에는 하이 파워(High Power) 출력을 갖는 DC 모터에 3상 교류 전력을 공급해 주는 전력 변환 소자로 3상 펄스 폭 변조(PWM) 인버터가 사용되고 있다.
DC 모터를 구동하기 위한 하프-브리지 회로(Half-Bridge Circuit)에서 2개의 스위칭 소자인 모스펫(MOSFET)을 서로 독립적으로 스위칭할 수 있으나, 두 소자가 동시에 켜지는 경우는 직류 전원이 단락되어 큰 전류가 흘러서 소자가 파괴될 수 있으므로 절대로 사용하지 않는다.
따라서 두 소자의 온/오프 상태가 서로 다르도록 상보적인(COMPLEMENTARY) 스위칭을 한다.
그럼에도 불구하고 두 소자들의 온/오프 상태 전환 시에는 게이팅 신호의 전달 지연 시간의 차이와 반도체 스위칭 소자 자체의 켜지는 시간과 꺼지는 시간의 차이로 인하여 두 소자가 동시에 도통(Path Through)할 가능성이 존재한다.
특히 스위칭 소자가 꺼지는 시간이 켜지는 시간보다 항상 길기 때문에 두 소자에 스위칭 상태를 전환하도록 하는 게이팅 신호를 동시에 주는 경우에는 두 소자가 모두 도통하여 원하지 않는 단락 사고가 발생함에 따라 전력손실을 가져올 수 있다.
이와 같이 두 소자의 스위칭 상태 전환 시 원하지 않는 단락 사고를 방지하기 위해, 꺼지는 소자의 확실한 턴 오프가 보장되도록 일정한 시간이 경과한 후 켜는 소자의 턴 온 신호를 주게 된다.
이렇게 온 신호를 지연하는 시간을 단락 방지 시간, 데드타임(Dead Time)이라고 한다.
그런데, 대부분 마이컴이 탑재된 제어기가 장착되어 있는 차량의 경우에 소프트웨어 프로그램으로 데드타임을 제어하지만, 마이컴이 탑재되지 않은 제어기가 장착된 차량의 경우에는 소프트웨어 프로그램으로 제어할 수 없으므로, 이에 대한 대응방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 하드웨어 회로 설계를 적용하여 데드타임을 제어할 수 있는 DC 모터 PWM 제어 전용 반도체를 개발함으로써, 기존의 차량 제어기에 마이컴이 탑재되지 않는 경우에도 온 칩으로 데드타임 구간 제어가 가능한 DC 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 DC 모터용 스위칭 소자의 제어 장치는 반도체 칩 내부에 장착되어 하프 브리지로 칩 내부 회로를 구성하는 스위칭 소자; 및 상기 반도체 칩에 설치되어 상기 스위칭 소자 동작 시 데드타임 구간을 제어하여 게이팅 신호를 송신하며, 모터와 직결되는 스위칭 소자를 구동할 수 있도록 된 데드타임 제어부;를 포함하여 전력손실을 최소화할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 스위칭 소자는 한 쌍으로 동작하는 모스펫(MOSFET)이고, 상기 데드타임 제어부는 두 스위칭 소자 간에 데드타임을 적용하기 위해 클럭발생기, 분주기, 검출기, 카운터 및 시간지연부로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법은 클럭신호를 발생시키는 단계; 상기 클럭신호를 분주하는 단계; 분주기에 입력된 클럭신호와 분주된 클럭신호의 위상차를 검출하여 업 신호또는 다운 신호를 발생시키는 단계; 상기 업/다운 신호를 카운팅하여 제어 비트를 발생시키는 단계; 및 상기 제어 비트를 토대로 한 쌍으로 동작하는 두 스위칭 소자의 스위칭 전환 시 온 신호를 지연하는 방식으로 데드타임을 적용하여 상보적인 스위칭 동작이 이루어질 수 있도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 업 신호를 카운팅 하는 업 카운터와 다운 신호를 카운팅하는 다운 카운터는 서로 대칭되게 설계되어 서로 동일한 범위에서 카운팅 될 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.
상기 데드타임은 업 신호 또는 다운 신호의 카운팅 수에 따라 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 한 쌍으로 동작하는 스위치 소자 사이에 적용되는 데드타임 구간은 서로 다른 쌍으로 동작하는 스위치 소자 사이에 적용되는 데드타임 구간보다 더 짧은 시간으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 DC 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법의 장점을 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 반도체 칩 내부에 온 칩 하드웨어 회로설계로 집적화하여 데드타임 구간을 제어함으로써, 기존의 마이컴에 의한 소프트웨어 제어가 필요없고, 시스템 및 소프트웨어 로드를 최적화할 수 있다.
둘째로, 입력되는 PWM 듀티 변화 시에도 내부/외부 데드타임 구간을 제어할 수 있다.
세째로, 한 쌍의 제1모스펫과 제2모스펫(또는 제3모스펫과 제4모스펫) 동작 시 내부 데드타임을 적용하고, 다른 쌍의 두 소자 제1모스펫과 제3모스펫(또는 제2모스펫과 제4모스펫) 동작 시 외부 데드타임을 적용함으로써, 한 소자를 오프시키고, 데드타임(4bit) 경과 후 다른 소자를 온시키는 방식으로 두 소자 간의 스위칭 전환 시 상보적인 동작을 확보하여 전력손실을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DC 모터 제어용 반도체 칩 및 그 회로 구성을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명에 따른 FET 소자를 제어하기 위한 회로구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 데드타임 제어를 위한 타이밍 다이어그램
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 데드타임 제어 알고리즘
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DC 모터 제어용 반도체 칩 및 그 회로 구성을 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 FET 소자를 제어하기 위한 회로구성도이다.
본 발명은 DC 모터(16) 제어시 마이컴에 의한 소프트웨어 프로그램으로 데드타임을 제어하지 않고 온 칩 하드웨어 회로 설계를 이용하여 데드타임을 제어할 수 있는 DC 모터용 스위칭 소자 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 DC 모터용 스위칭 소자 제어장치는 PWM 제어용 반도체 칩(10) 위에 데드 타임 제어를 위한 FET 게이트 드라이버(13)와 필수 내부회로인 하프 브리지 또는 풀 브리지를 구성할 수 있다.
상기 PWM 제어용 반도체 칩(10)은 32kB 메모리에 4kB 메모리를 추가로 장착가능하고, 256B 램과 3kB의 X램, 오실레이터, AD 컨버터 등을 장착한 MCU(11)(Motor Control Unit)와, 전압 레귤레이터(12), FET 게이트 드라이버(13), 증폭기(14)(OP AMP) 등으로 구성될 수 있다.
상기 PWM 제어장치용 반도체 칩(10)의 구성을 이용하여 데드타임 제어부(20)로 클럭발생기(22), 분주기(23), 검출기(24), 카운터(25) 및 시간지연부(26) 등과, 내부회로로 2개의 하프 브리지를 구현할 수 있다.
데드타임 제어부(20)는 칩(10) 내부에 2개의 하프 브리지로 구성되는 2개의 모스펫(27,28)에 인가될 게이팅 신호(COUT60, CC60, COUT61, CC61)를 발생시키며, 두 모스펫(27,28)의 온/오프 상태가 서로 다르도록 상보적인 스위칭 상태를 전환할 수 있다.
이때, COUT60 와 CC60은 한 쌍의 제1 및 제2모스펫(27a,27b)에 보내는 게이팅 신호이고, COUT61 과 CC61은 다른 한 쌍의 제3 및 제4모스펫(28a,28b)에 보내는 게이팅 신호이다.
상기 내부 회로는 도 1의 사각형 박스 내부에 표시한 바와 같이 2개의 하프 브리지로 구성되고, 각 하프 브리지에는 2개의 모스펫(27,28)(스위칭 소자)이 한 쌍으로 동작할 수 있도록 구성된다.
그리고, 도 1에 도시한 바와 같이 사각형 박스 외부에는 내부회로의 하프 브리지와 각각 연결되는 P 채널 모스펫(15)과 N 채널 모스펫(15)이 구성되며, 상기 P 채널 모스펫(15)과 N 채널 모스펫(15)은 한 쌍으로 동작되고, P 채널 모스펫(15)은 모터(16)와 직접 연결되어 모터(16)를 제어할 수 있다.
이때, 상기 내부 회로에서 각각 한 쌍으로 동작하는 제1 및 제2모스펫(27a,27b), 또는 제3 및 제4모스펫(28a,28b)이 동시에 동작하는 것을 방지하기 위해 내부 데드타임을 제어하고, 제1 및 제2모스펫(27a,27b) 중 어느 하나와 제3 및 제4모스펫(28a,28b) 중 어느 하나가 동시에 동작하는 것을 방지하기 위해 외부 데드타임을 제어할 필요가 있다.
여기서, 상기 내부 데드타임이란 내부회로에서 한 쌍으로 동작하는 2개의 모스펫(27,28) 사이에 동시 동작하는 것을 회피하기 위한 데드타임을 의미하고, 외부 데드 타임은 서로 다른 쌍에서 별개로 동작하는 2개의 모스펫(27a,28a)이 동시 동작하는 것을 회피하기 위한 데드타임이다.
본 발명의 일실시예에서는 내부 데드타임 구간을 4bit로 설정할 수 있고, 외부 데드타임 구간을 8bit로 설정할 수 있다.
상기 데드타임 제어부(20)는 하드웨어 회로 설계를 위한 구성으로 클럭 신호를 리셋시키기 위한 리셋(reset) 장치(21)와, 일정한 주파수의 클럭 신호를 발생시키는 클럭발생기(22)(clock generator)와, 주파수를 분주하는 분주기(23)(divider)와, 클럭신호(40)의 위상차를 검출하여 업/다운 신호를 발생시키는 검출기(24)(detector)와, 업/다운 신호에 대한 카운팅을 수행하는 카운터(25)(counter) 및 데드타임을 제어하기 위해 온 신호의 시간을 지연하는 시간지연부(26)(delay timer) 등으로 구성된다.
이때, 클럭 신호는 두 개 이상의 회로 동작을 통합하기 위해 사용되며, 일정한 주파수를 가진다.
이와 같이 구성된 DC 모터 제어 장치의 데드타임 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 데드타임 제어를 위한 타이밍 다이어그램이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 데드타임 제어 알고리즘이다.
먼저 데드타임 제어시 주파수 노이즈를 제거하고, 데드타임의 제어를 시작하기 위해 클럭발생기(22)에서 발생되는 클럭 신호를 리셋시킨다.
그 다음, 클럭발생기(22)에서 발생되는 24Hz의 클럭 신호를 분주기(23)에 의해 4분주하여 6Hz의 주파수를 사용한다(S100,S110).
이어서, 검출기(24)는 분주기(23)에 입력되는 제1클럭신호(40a)와 분주기(23)에서 분주된 제2클럭신호(40b) 사이의 위상차를 검출하는바, 제1클럭신호(40a)의 위상이 제2클럭신호(40b)의 위상보다 앞서는 경우에 업 신호를 발생시키고, 제2클러신호의 위상이 제1클럭신호(40a)의 위상보다 앞서는 경우에 다운 신호를 발생시킨다(S120,S130).
계속해서, 카운터(25)는 검출기(24)에서 발생되는 업/다운 신호를 전달받고, 전달받은 업/다운 신호에 대한 카운팅을 수행하여, 시간지연부(26)에 인가될 제어 비트(control bit)를 발생시킨다(S140,S150).
이때, 업/다운 신호에 대한 카운팅은 1~150 범위에서 이루어진다.
왜냐하면, 데드타임의 발생구간이 상기한 카운팅 범위 내에 모두 들어오기 때문이다.
여기서, 업 카운터(25)와 다운 카운터(25)는 좌우 대칭으로 설계되는데, 그 이유는 카운터에 의한 계산을 용이하게 제어하기 위함이다.
예를 들어, 1부터 300까지 증가하는 카운터에서 5와 296을 측정하고자 할 때 카운터를 300스텝(step)으로 나누고, 1~150(업), 150~1(다운)으로 대칭 설계하고 4인 구간을 측정하면 1~300 양쪽 끝의 숫자 1과 300으로부터 각각 동일하게 떨어져 있는 5와 296 지점을 측정할 수 있다.
따라서, 하드웨어 회로 설계가 단순해지고 제어하기가 용이한 장점을 가진다.
그 다음, 상기 시간지연부(26)는 카운터(25)로부터 발생된 제어 비트를 전달받아, 전달받은 제어비트를 기초로 각 모스펫(27,28)에 인가되는 데드타임(온 신호를 지연하는 시간)을 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 데드타임 제어방법을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 3에 도시한 바와 같이 검출기(24)에서 검출되는 업/다운 신호(down counter/up counter enable signal)는 0을 기준으로 좌우 대칭되도록 설계되어, 카운팅되는 수가 높은 쪽에서 낮아지는 다운 카운터(25) 구간과 카운팅되는 수가 낮은 쪽에서 높아지는 업 카운터 구간으로 나뉘어진다.
예를 들어 다운 카운터 구간에서 게이팅 신호 CC60과 COUT60의 신호파형(41)을 살펴보면, 다운 카운터(25) 구간의 최고 카운트 150으로부터 130으로 다운 카운트 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제2모스펫(27b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC60는 하이(1;ON)에서 로우(0;OFF)로 전환되고, 이후 제1모스펫(27a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT60는 130에서 126으로 카운트 된 후, 즉 내부 데드타임(tD_INT;4bit)이 경과된 다음 로우(0)에서 하이(1)로 전환된다(140,S141).
또한, 게이팅 신호 CC60과 CC61의 신호파형(41)을 살펴보면, 다운 카운터(25) 구간에서 130으로 다운 카운트 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제2모스펫(27b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC60은 하이(1;ON)에서 로우(0;OFF)로 전환되고, 이후 제4모스펫(28b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC61은 130에서 122로 카운트 된 후, 즉 외부 데드타임(tD_INT;8bit)구간이 경과된 다음 하이(1)에서 로우(0)로 전환된다(S140,S142).
그리고, 게이팅 신호 CC61과 COUT61의 신호파형(41)을 살펴보면, 다운 카운트가 122로 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제4모스펫(28b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC61은 하이에서 로우로 전환되고, 이후 제3모스펫(28a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT61은 122에서 118로 다운 카운트 될 때, 즉 내부 데드타임 구간(4bit)이 경과된 다음 로우에서 하이로 전환된다(S142,S143).
한편, 업 카운터(25) 구간에서 게이팅 신호 COUT61과 CC61의 신호파형(41)을 살펴보면, 업 카운터(25) 구간의 최저 카운트 시점 0에서 122로 업 카운트 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제3모스펫(28a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT61는 하이(1;ON)에서 로우(0;OFF)로 전환되고, 이후 제4모스펫(28b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC61는 122에서 126으로 업 카운트 된 후, 즉 내부 데드타임(tD_INT;4bit)이 경과된 다음 로우(0)에서 하이(1)로 전환된다(S150,S151).
또한, 게이팅 신호 COUT61과 COUT60의 신호파형(41)을 살펴보면, 업 카운터(25) 구간에서 122로 업 카운트 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제3모스펫(28a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT61은 하이(1;ON)에서 로우(0;OFF)로 전환되고, 이후 제1모스펫(27a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT60는 130으로 업 카운트 된 후, 즉 외부 데드타임(tD_INT;8bit)구간이 경과된 다음 하이(1)에서 로우(0)로 전환된다(S150,S152).
그리고, 게이팅 신호 COUT60과 CC60의 신호파형(41)을 살펴보면, 업 카운트가 130로 될 때 데드타임 제어부(20)에서 제1모스펫(27a)으로 인가되는 게이팅 신호 COUT60은 하이에서 로우로 전환되고, 이후 제2모스펫(27b)으로 인가되는 게이팅 신호 CC60은 130에서 134로 업 카운트 될 때, 즉 내부 데드타임 구간(4bit)이 경과된 다음 로우에서 하이로 전환된다(S152,S153).
여기서, 내부 데드타임은 한 쌍으로 동작하는 제1 및 제2모스펫(27a,27b) 사이 또는 제3 및 제4모스펫(28a,28b) 사이에 적용되고, 외부 데드타임은 다른 쌍으로 동작하는 제2모스펫(27b)과 제4모스펫(28b) 사이 또는 제1모스펫(27a)과 제3모스펫(28a) 사이에 적용된다.
따라서, 본 발명에 의하면 데드타임 제어부(20)는 한 쌍의 제1모스펫(27a)과 제2모스펫(27b)(또는 제3모스펫(28a)과 제4모스펫(28a)) 동작 시 내부 데드타임을 적용하고, 다른 쌍의 두 소자 제1모스펫(27a)과 제3모스펫(28a)(또는 제2모스펫(27b)과 제4모스펫(28b)) 동작 시 외부 데드타임을 적용함으로써, 한 소자를 오프시키고, 데드타임(4bit) 경과 후 다른 소자를 온시키는 방식으로 두 소자 간의 상보적인 동작을 확보하여 전력손실을 방지할 수 있다.
또한, 반도체 칩(10) 내부에 온 칩 하드웨어 회로설계로 집적화하여 데드타임 구간을 제어함으로써, 기존의 마이컴에 의한 소프트웨어 제어가 필요없고, 시스템 및 소프트웨어 로드를 최적화할 수 있다.
아울러, 입력되는 PWM 듀티 변화 시에도 내부/외부 데드타임 구간을 제어할 수 있다.
10 : 반도체 칩 11 : MCU
12 : 전압 레귤레이터 13 : FET 게이트 드라이버
14 : 증폭기 15 : 모스펫
16 : DC 모터 20 : 데드타임 제어부
21 : 리셋(reset) 장치 22 : 클럭발생기
23 : 분주기 24 : 검출기
25 : 카운터 26 : 시간지연부
27,28, : 모스펫 27a : 제1모스펫
27b : 제2모스펫 28a : 제3모스펫
28b : 제4모스펫 40 : 클럭신호
41 : 신호파형

Claims (7)

  1. DC 모터용 스위칭 소자의 제어 장치에 있어서,
    반도체 칩(10) 내부에 장착되어 하프 브리지로 칩(10) 내부 회로를 구성하는 스위칭 소자;
    상기 반도체 칩(10)에 설치되어 상기 스위칭 소자 동작 시 데드타임 구간을 제어하여 게이팅 신호를 송신하며, 모터(16)와 직결되는 스위칭 소자를 구동할 수 있도록 된 데드타임 제어부(20);
    를 포함하고,
    상기 데드타임 제어부(20)는 두 스위칭 소자 간에 데드타임을 적용하기 위해 클럭발생기(22), 분주기(23), 검출기(24), 카운터(25) 및 시간지연부(26)로 구성된 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 한 쌍으로 동작하는 모스펫(27,28)(MOSFET)인 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법에 있어서,
    클럭신호(40)를 발생시키는 단계;
    상기 클럭신호(40)를 분주하는 단계;
    분주기(23)에 입력된 클럭신호(40a)와 분주된 클럭신호(40b)의 위상차를 검출하여 업 신호 또는 다운 신호를 발생시키는 단계;
    상기 업 신호 또는 다운 신호를 카운팅하여 제어 비트를 발생시키는 단계; 및
    상기 제어 비트를 토대로 한 쌍으로 동작하는 두 스위칭 소자의 스위칭 전환 시 온 신호를 지연하는 방식으로 데드타임을 적용하여 상보적인 스위칭 동작이 이루어질 수 있도록 하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 업 신호를 카운팅 하는 업 카운터(25)와 다운 신호를 카운팅하는 다운 카운터(25)는 서로 대칭되게 설계되어 서로 동일한 범위에서 카운팅 될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 데드타임은 업 신호 또는 다운 신호의 카운팅 수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    한 쌍으로 동작하는 스위치 소자 사이에 적용되는 데드타임 구간은 서로 다른 쌍으로 동작하는 스위치 소자 사이에 적용되는 데드타임 구간보다 더 짧은 시간으로 제어되는 것을 특징으로 하는 DC 모터용 스위칭 소자의 제어방법.




KR1020110132559A 2011-12-12 2011-12-12 Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법 KR101272595B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110132559A KR101272595B1 (ko) 2011-12-12 2011-12-12 Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법
JP2012062231A JP6063136B2 (ja) 2011-12-12 2012-03-19 Ｄｃモータ用スイッチング素子の制御装置及び方法
US13/425,708 US9099952B2 (en) 2011-12-12 2012-03-21 Apparatus and method for controlling switching devices for DC motor
DE102012204926.6A DE102012204926B4 (de) 2011-12-12 2012-03-27 Vorrichtung und Verfahren zum Steuern von Schaltvorrichtungen für einen DC-Motor
CN201210097675.3A CN103166550B (zh) 2011-12-12 2012-04-05 用于控制dc电动机的开关设备的装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110132559A KR101272595B1 (ko) 2011-12-12 2011-12-12 Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101272595B1 true KR101272595B1 (ko) 2013-06-11

Family

ID=48464846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110132559A KR101272595B1 (ko) 2011-12-12 2011-12-12 Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9099952B2 (ko)
JP (1) JP6063136B2 (ko)
KR (1) KR101272595B1 (ko)
CN (1) CN103166550B (ko)
DE (1) DE102012204926B4 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170131029A (ko) 2016-05-20 2017-11-29 현대자동차주식회사 Pwm 듀티비 제어 장치
KR20180112569A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 현대자동차주식회사 차량용 dc모터의 과전류 감지 제어장치 및 제어방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9654002B2 (en) 2014-10-23 2017-05-16 Qualcomm Incorporated Circuits and methods providing dead time adjustment at a synchronous buck converter
JP2018017605A (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びそれを備えた半導体システム
CN113162425B (zh) * 2021-04-13 2025-02-14 昂宝电子（上海）有限公司 用于控制有源钳位反激开关电源的死区时间的装置和方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578911A (en) * 1994-09-21 1996-11-26 Chrysler Corporation Method and apparatus for power regeneration in an electric vehicle motor drive using a deadtime generator and having continuously variable regeneration control
JPH10126170A (ja) * 1996-09-27 1998-05-15 Harris Corp スイッチング増幅器閉ループデュアルコンパレータ変調技法
JP2002034286A (ja) * 2000-07-17 2002-01-31 Nec Corp Ｈブリッジ型モータ駆動回路

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4924158A (en) * 1989-04-03 1990-05-08 General Motors Corporation Motor driver protection circuit
JPH05276792A (ja) * 1992-03-19 1993-10-22 Omron Corp モータ制御装置
KR0147721B1 (ko) 1995-12-29 1998-08-17 김광호 자동차의 파워 안테나 시스템
JPH09331692A (ja) 1996-06-10 1997-12-22 Japan Servo Co Ltd モータの駆動回路
KR0184211B1 (ko) * 1996-06-14 1999-05-15 구자홍 고마력 모터 구동장치
JP3350010B2 (ja) 1999-11-26 2002-11-25 エヌイーシーマイクロシステム株式会社 ３相パルス幅変調波形発生装置
JP3998624B2 (ja) 2003-10-09 2007-10-31 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 パルス幅変調波形生成方法及び装置
JP4565466B2 (ja) 2004-02-26 2010-10-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 モータ駆動装置及びモータ駆動用集積回路装置
US7456620B2 (en) * 2004-12-03 2008-11-25 The Regents Of The University Of Colorado Determining dead times in switched-mode DC-DC converters
JP4339872B2 (ja) 2006-05-25 2009-10-07 株式会社日立製作所 半導体素子駆動装置、電力変換装置、及びモータ駆動装置、並びに半導体素子駆動方法、電力変換方法、及びモータ駆動方法
JP4742989B2 (ja) 2006-05-26 2011-08-10 株式会社日立製作所 モータ駆動用半導体装置とそれを有するモータ及びモータ駆動装置並びに空調機
DE102006061357B4 (de) * 2006-12-22 2017-09-14 Infineon Technologies Austria Ag Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe
US20080298784A1 (en) * 2007-06-04 2008-12-04 Mark Allen Kastner Method of Sensing Speed of Electric Motors and Generators
FR2924874A1 (fr) * 2007-12-11 2009-06-12 Valeo Securite Habitacle Sas Circuit de pilotage de plusieurs moteurs
JP5281301B2 (ja) 2008-03-06 2013-09-04 矢崎総業株式会社 フューエルポンプ制御装置
JP4650518B2 (ja) 2008-04-10 2011-03-16 株式会社デンソー モータ制御装置
JP5333098B2 (ja) * 2009-09-11 2013-11-06 株式会社リコー デッドタイム生成回路及びモータ制御装置
JP5507216B2 (ja) * 2009-11-20 2014-05-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および電源装置
JP5492534B2 (ja) * 2009-12-03 2014-05-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 シートベルト巻き取り用モータの制御装置
JP2011198993A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Toshiba Corp 半導体装置およびｄｃ−ｄｃコンバータ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578911A (en) * 1994-09-21 1996-11-26 Chrysler Corporation Method and apparatus for power regeneration in an electric vehicle motor drive using a deadtime generator and having continuously variable regeneration control
JPH10126170A (ja) * 1996-09-27 1998-05-15 Harris Corp スイッチング増幅器閉ループデュアルコンパレータ変調技法
JP2002034286A (ja) * 2000-07-17 2002-01-31 Nec Corp Ｈブリッジ型モータ駆動回路
US6518723B2 (en) * 2000-07-17 2003-02-11 Nec Corporation H-bridge motor driving circuit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170131029A (ko) 2016-05-20 2017-11-29 현대자동차주식회사 Pwm 듀티비 제어 장치
KR20180112569A (ko) * 2017-04-04 2018-10-12 현대자동차주식회사 차량용 dc모터의 과전류 감지 제어장치 및 제어방법
US10333452B2 (en) 2017-04-04 2019-06-25 Hyundai Motor Company Control apparatus and method for sensing overcurrent of DC motor of vehicle
KR102295580B1 (ko) 2017-04-04 2021-08-30 현대자동차주식회사 차량용 dc모터의 과전류 감지 제어장치 및 제어방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012204926B4 (de) 2024-01-04
CN103166550B (zh) 2017-04-26
JP2013123356A (ja) 2013-06-20
CN103166550A (zh) 2013-06-19
JP6063136B2 (ja) 2017-01-18
US20130147409A1 (en) 2013-06-13
DE102012204926A1 (de) 2013-06-13
US9099952B2 (en) 2015-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10320323B1 (en) Pulse width modulation (PWM) scheme for single shunt motor control
KR102195552B1 (ko) 최소 전력 손실의 바디 다이오드를 가지는 스위칭 컨버터를 위한 게이트 드라이버
KR101272595B1 (ko) Ｄｃ 모터용 스위칭 소자 제어 장치 및 방법
US7449854B2 (en) PWM signal generation apparatus and method thereof and motor control apparatus and method thereof
US10197625B2 (en) Fault detection circuit for a PWM driver, related system and integrated circuit
US20110234138A1 (en) Motor drive device
US20160211772A1 (en) Power converter with selective dead-time insertion
EP3109990B1 (en) Semiconductor devices and methods for dead time optimization
US10541681B2 (en) Drive circuit for switch
CN113765341B (zh) 一种驱动器、电机驱动电路及动力系统
EP3151410B1 (en) Method for driving a resonant converter, and corresponding device and computer program product
JP2014093903A (ja) 電力変換装置の制御装置
KR20080040618A (ko) 벅－부스트 모드 전원 컨트롤러 형성 방법 및 이를 위한구조
US20110227549A1 (en) Dc/dc converter including ultrasonic feature for use with low quiescent currents
CN102820842A (zh) 马达驱动装置及用于该装置的锁定保护与待机控制电路
JP6308519B2 (ja) モータ駆動装置及びモータ制御方法
US6982574B2 (en) Method of forming a transistor driver and structure therefor
CN207218655U (zh) 驱动电路
US10693409B2 (en) Half-bridge driver circuit, related integrated circuit and system
US12119810B2 (en) Gate driver system for detecting a short circuit condition
WO2018225393A1 (ja) 電力変換装置、故障検知回路、駆動回路
TW201434252A (zh) 橋式開關控制電路及其操作方法
JP2008206247A (ja) インバータ制御装置
KR101337859B1 (ko) 전자제어장치의 제어를 위한 모터 쇼트 검출 장치 및 방법
JP5343662B2 (ja) インバータ回路

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20111212

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20130122

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20130419

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20130603

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20130604

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180530

Year of fee payment: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20180530

Start annual number: 6

End annual number: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190528

Year of fee payment: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20190528

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200528

Start annual number: 8

End annual number: 8

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230525

Start annual number: 11

End annual number: 11

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240527

Start annual number: 12

End annual number: 14