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KR101353102B1 - 모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법 - Google Patents

모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법 Download PDF

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Publication number
KR101353102B1
KR101353102B1 KR20120081314A KR20120081314A KR101353102B1 KR 101353102 B1 KR101353102 B1 KR 101353102B1 KR 20120081314 A KR20120081314 A KR 20120081314A KR 20120081314 A KR20120081314 A KR 20120081314A KR 101353102 B1 KR101353102 B1 KR 101353102B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fet
bleeding
type
switching device
motor
Prior art date
Application number
KR20120081314A
Other languages
English (en)
Inventor
이수웅
고주열
Original Assignee
삼성전기주식회사
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 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR20120081314A priority Critical patent/KR101353102B1/ko
Priority to JP2013153404A priority patent/JP2014027871A/ja
Priority to US13/951,386 priority patent/US20140028234A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101353102B1 publication Critical patent/KR101353102B1/ko

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Abstract

본 발명은 모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하되, 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 모터를 구동시키는 모터구동부; 싱크형 스위칭소자 그룹의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하되, 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하고, 센싱저항을 통해 블리딩된 전류를 센싱하는 블리딩 센싱부; 및 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는 온저항 유지부; 를 포함하여 이루어지는 모터 구동 과전류 검출회로가 제안된다.. 또한, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법이 제안된다.

Description

모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법{MOTOR DRIVE OVERCURRENT DETECTING CIRCUIT, MOTOR DRIVING CIRCUIT WITHOUT HEADROOM VOLTAGE LOSS AND METHOD FOR DETECTING OVERCURRENT IN MOTOR DRIVING CIRCUIT}
본 발명은 모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법에 관한 것이다. 구체적으로는 종래의 센싱저항에 걸리는 전압 헤드룸 손실이 없는 모터 구동 과전류 검출회로, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 모터구동회로의 과전류 검출 방법에 관한 것이다.
모터구동을 위한 모터구동회로에 있어서 과전류로 인해 과도한 속도 증가, 회로 브레이크다운(Breakdown) 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 1 ohm 이하의 센싱 저항을 삽입하여 센싱전압을 체크하여 과전류 시에 모터구동회로의 동작을 정지시키도록 하고 있다. 그러나 1 ohm 이하의 센싱 저항이라 할지라도 수A(ampere)의 과전류가 흐르는 경우 수백 mV 이상의 전압 헤드룸(Headroom) 손실이 발생할 수 있다. 이러한 전압 헤드룸 손실은 모터구동회로의 출력전류와 출력전압의 풀 스윙(Full Swing)을 방해하므로 모터효율을 감소시키게 된다.
일반적인 구조의 종래의 모터구동회로가 도 5에 도시되고 있다.
도 5를 참조하면, 모터구동회로는 H-브릿지를 형성하는 M1 내지 M4 스위칭소자를 포함하는 모터구동부(1), 센싱저항 Rs로 이루어지는 전류 센싱부(3), LPF(4), 비교기(5) 및 제어로직(또는 구동제어부)(9)을 포함하고 있다. 종래의 모터구동회로는 회로에 흐르는 과전류를 Vsense 노드에서 체크하게 된다. 센싱저항 Rs와 센싱저항에 흐르는 전류의 곱으로 Vsense가 결정된다. 즉, 전압 Vsense 만큼의 전압 헤드룸이 과전류 체크를 위하여 낭비되고 있다.
도 5에서 각 전류 경로가 스위칭 되어 전류가 흐르게 된다. 즉, M1과 M4, M2와 M3가 각각 페어(Pair)로 동작하게 된다. 이때, 센싱저항 Rs에 흐르는 전류는 IM1=IM2=IM3=IM4 이다. 과전류 체크를 위한 Vsense 전압은 저항 RF 및 커패시터 CF 로 구성된 LPF(Low Pass Filter)(4)를 거친 후 비교기(5)에서 일정레벨로 설정된 Vref와 비교되어 제어스위칭부, 예컨대 게이트 드라이버 스위치를 온/오프하게 된다.
국제 공개특허공보 WO 2005/064782 A1 (2005년 7월 14일 공개) 미국 공개특허공보 US2008/0225456 A1 (2008년 9월 18일 공개)
전술한 문제를 해결하고자, 종래 센싱저항에 의한 헤드룸 전압 손실을 없애 모터의 효율을 향상시키고 신호왜곡을 줄일 수 있는 기술을 제안하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따라, H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하되, 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 모터를 구동시키는 모터구동부; 싱크형 스위칭소자 그룹의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하되, 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하고, 센싱저항을 통해 블리딩된 전류를 센싱하는 블리딩 센싱부; 및 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는 온저항 유지부; 를 포함하여 이루어지는 모터 구동 과전류 검출회로가 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입 제1 FET 및 제1 FET와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입 제3 FET 및 제3 FET와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET를 포함할 수 있다.
또한, 이때, 또 하나의 예에서, 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹은 각 FET 별로 병렬 연결된 환류 다이오드를 구비할 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 제3 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고, 제4 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제6 FET으로 제5 FET와 교번으로 턴-온 동작할 수 있다.
또 하나의 예에서, 온저항 유지부는 커런트 미러회로를 포함하며, 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시키고, 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-오프되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-오프시켜, 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킨다.
또한, 하나의 예에 따르면, 온저항 유지부는 제5 FET를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로 및 제6 FET를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로를 포함하되, 제1 커런트 미러회로는 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고, 제2 커런트 미러회로는 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시킨다.
이때, 또 하나의 예에서, 제5 및 제6 FET은 P타입 FET이고, 제1 커런트 미러회로는: 제5 FET과 미러링된 P타입 제7 FET; 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는 N타입 제9 FET; 제9 FET과 미러링되되 드레인전극이 제7 FET의 드레인 및 게이트 전극과 연결된 N타입 제10 FET; 및 제4 FET에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되 드레인 전극이 제9 및 제10 FET의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결된 N타입 제11 FET; 을 포함하고, 제2 커런트 미러회로는: 제6 FET과 미러링된 P타입 제8 FET; 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는 N타입 제12 FET; 제12 FET과 미러링되되 드레인전극이 제8 FET의 드레인 및 게이트 전극과 연결된 N타입 제13 FET; 및 제3 FET에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되 드레인 전극이 제12 및 제13 FET의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결된 N타입 제14 FET; 을 포함할 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 모터 구동 과전류 검출회로는: 블리딩 센싱부에서 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터부; 및 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 비교부; 를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예에 따라, H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하되, 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 모터를 구동시키는 모터구동부; 모터구동부의 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹을 제어하기 위한 구동제어신호를 인가하는 구동제어부; 싱크형 스위칭소자 그룹의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하되, 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하고, 센싱저항을 통해 블리딩된 전류를 센싱하는 블리딩 센싱부; 및 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는 온저항 유지부; 를 포함하여 이루어지는 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로가 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입 제1 FET 및 제1 FET와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입 제3 FET 및 제3 FET와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET를 포함하고, 제3 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고, 제4 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제6 FET으로 제5 FET와 교번으로 턴-온 동작할 수 있다.
이때, 또 하나의 예에 따르면, 온저항 유지부는 제5 FET를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로 및 제6 FET를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로를 포함하되, 제1 커런트 미러회로는 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고, 제2 커런트 미러회로는 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시킨다.
또한, 하나의 예에 있어서, 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로는: 블리딩 센싱부의 센싱저항을 통해 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터부; 및 로우패스필터부에서 고주파 잡음 제거된 신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 비교부; 를 더 포함할 수 있다.
이때, 또 하나의 예에서, 구동제어부는: 구동제어신호를 생성하기 위한 프리(pre)제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 비교부의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 프리제어신호를 전달하는 제어스위칭부; 및 제어스위칭부의 스위칭에 따라 제어신호 생성부로부터 프리제어신호를 입력받고 구동제어신호를 생성하여 인가하는 구동제어신호 인가부; 를 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제3 실시예에 따라, H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하는 모터구동회로의 과전류 검출 방법에 있어서, 구동제어신호에 따라 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹 각각의 하나의 스위칭 소자가 턴-온되며 모터를 구동하는 단계; 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키고, 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하는 단계; 및 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 통해 블리딩된 전류를 센싱하여 과전류를 검출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 모터구동회로의 과전류 검출 방법이 제안된다.
이때, 하나의 예에 따르면, 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입의 제1 및 제2 FET를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입의 제3 및 제4 FET를 포함하되, 모터를 구동하는 단계에서, 제2 FET는 제1 FET와 교번으로 동작하고, 제4 FET는 제3 FET와 교번으로 동작하고, 제3 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고, 제4 FET와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자는 제6 FET이고, 센싱용 전류를 블리딩하는 단계에서, 제5 및 제6 FET는 교번으로 턴-온 동작할 수 있다.
또한, 이때, 또 하나의 예에서, 센싱용 전류를 블리딩하는 단계에서는, 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제1 커런트 미러회로가 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고, 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제2 커런트 미러회로가 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시킨다.
또한, 하나의 예에 따르면, 전류를 센싱하여 과전류를 검출하는 단계는: 센싱저항을 통해 전류를 센싱하는 단계; 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 단계; 및 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계; 를 포함할 수 있다.
이때, 또 하나의 예에서, 모터구동회로의 과전류 검출 방법은, 과전류 여부를 판단하는 단계의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 온-오프 스위칭에 따라 프리(pre)제어신호로부터 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹을 제어하기 위한 구동제어신호를 생성하여 인가하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 종래 센싱저항에 의한 헤드룸 전압 손실을 없애 모터의 효율을 향상시키고 신호왜곡을 줄일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 블리딩 경로에 흐르는 전류를 조절하여 종래의 구조에서 나타나는 센싱저항에 의한 전압 헤드룸(Headroom) 손실을 없앰으로써, 모터의 효율개선 효과를 기대할 수 있다.
또한, 과전류를 체크하는 노드에서, 종래의 구조가 모터를 경유하는 전류의 100%를 가지로 과전류를 체크하는 것에 비해 본 발명의 실시예에서는 매우 작은 전류만으로도 과전류 체크가 가능하므로 신호 왜곡이 적고 훨씬 더 안정적인 회로 구현이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 1b는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로에서 도 1a의 과전류 검출회로로부터 검출된 전류의 과전류 여부를 판단하고 판단결과에 따라 구동제어신호를 인가하는 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 2a 및 2b는 도 1a에 따른 과전류 검출회로의 동작을 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법의 일부 공정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 5는 종래의 모터구동회로를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 하나의 구성요소가 다른 구성요소와 연결, 결합 또는 배치 관계에서 '직접'이라는 한정이 없는 이상, '직접 연결, 결합 또는 배치'되는 형태뿐만 아니라 그들 사이에 또 다른 구성요소가 개재됨으로써 연결, 결합 또는 배치되는 형태로도 존재할 수 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
우선, 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 참조되는 도면에 기재되지 않은 도면부호는 동일한 구성을 나타내는 다른 도면에서의 도면부호일 수 있다.
도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로를 개략적으로 나타낸 회로도이고, 도 2a 및 2b는 도 1a에 따른 과전류 검출회로의 동작을 개략적으로 나타내는 회로도이다. 한편, 도 1b는 도 1a의 과전류 검출회로로부터 검출된 전류의 과전류 여부를 판단하고 판단결과에 따라 구동제어신호를 인가하는 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 1a를 참조하면, 하나의 예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로는 모터구동부(10), 블리딩 센싱부(30) 및 온저항 유지부(50)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 도 1b를 참조하면, 또 하나의 예에서, LPF부(60) 및 비교부(70)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 1a를 참조하여 모터구동부(10)를 살펴본다.
모터구동부(10)는 H-브릿지를 형성하는 소스형 스위칭소자 그룹(11)과 싱크형 스위칭소자 그룹(13)을 포함하고 있다. 소스형 스위칭소자 그룹(11)은 H-브릿지의 상측에서 전원전압단 VDD와 연결되며 턴-온 동작에 따라 전원전압을 모터(M)로 인가한다. 반면, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)은 H-브릿지의 하측에 연결되며, 모터(M)를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크(sink)시킨다. 도 1a에서 모터구동부(10)는 모터(M)를 정/역회전시키는 H-브릿지회로를 도시하고 있으나, 3상 모터를 구동하는 H-브릿지회로도 가능하다.
모터구동부(10)는 예컨대 도 1b에 도시된 구동제어부(90)로부터 구동제어신호를 받고, 구동제어신호에 따라 턴-온 동작하며 모터(M)를 구동시킨다. 이때, 소스형 스위칭소자 그룹(11) 중 일부, 예컨대 하나의 소스형 스위칭소자가 턴-온되고, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 일부, 예컨대 하나의 싱크형 스위칭소자가 턴-온되며, 전원전압단 VDD의 전원전압이 턴-온된 소스형 스위칭소자를 통해 모터(M)로 인가되고, 모터(M)를 통해 흐르는 전류의 출력이 턴-온된 싱크형 스위칭소자를 통해 접지단으로 싱크된다.
도 1a를 참조하여, 구체적으로 하나의 예를 살펴보면, 소스형 스위칭소자 그룹(11)은 P타입 제1 FET(M1) 및 제1 FET(M1)와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET(M2)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)은 N타입 제3 FET(M3) 및 제3 FET(M3)와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET(M4)를 포함하여 이루어질 수 있다. 소스형 스위칭소자 그룹(11)에서 교번 스위칭을 위해 서로 상반되는 구동제어신호가 인가될 수 있다. 또한, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)의 경우에도 마찬가지이다. 이때, 소스형 스위칭소자 그룹(11)으로 인가되는 구동제어신호와 싱크형 스위칭소자 그룹(13)으로 인가되는 구동제어신호는 주파수가 동일하거나 다를 수 있다. 예컨대, 소스형 스위칭소자 그룹(11)으로 인가되는 구동제어신호의 주파수가 싱크형 스위칭소자 그룹(13)으로 인가되는 구동제어신호의 주파수보다 크게 할 수 있다.
또한, 도 1a를 참조하면, 소스형 스위칭소자 그룹(11)의 P타입 FET의 교번 동작과 싱크형 스위칭소자 그룹(13)의 N타입 FET의 교번 동작에 따라 모터(M)가 정회전 또는 역회전을 하게 된다. 도시되지 않았으나, 3상 모터의 경우에는 소스형 스위칭소자 그룹이 3개의 P타입 FET 소자를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹이 3개의 N타입 FET 소자를 포함하여 이루어질 수 있고, 이때에도 구동제어신호에 따라 소스형 스위칭소자 그룹 중 하나의 P타입 FET과 싱크형 스위칭소자 그룹 중 하나의 N타입 FET이 한 쌍이 되어 동작하며 3상 모터를 구동하게 된다.
또한, 도 1a를 참조하면, 하나의 예에서, 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13)은 각 FET 별로 병렬 연결된 환류 다이오드(Freewheeling Diode)(D1 ~ D4)를 구비할 수 있다. 환류 다이오드 D1 ~ D4는 역병렬 다이오드로써 유도성 부하, 즉 모터(M)를 구동하는 스위칭 소자를 보호하기 위해 사용된다. 모터(M)가 유도성 부하이므로 스위칭 신호가 온에서 오프로 바뀌면 그전에 흐르던 전류가 동시에 없어지지 않고 일부가 남게 되고, 환류 다이오드는 이때 남아있는 전류가 빠지도록 폐루프를 만들어주는 역할을 한다.
다음으로, 도 1a를 참조하여 블리딩 센싱부(30)를 구체적으로 살펴본다.
블리딩 센싱부(30)는 싱크형 스위칭소자 그룹(13)의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자(M5, M6) 및 블리딩 스위칭소자(M5, M6)에 직렬 연결된 센싱저항(Rs1, Rs2)을 포함하고 있다. 블리딩 센싱부(30)는 도 5에 도시된 종래의 센싱저항에서의 헤드룸(Headroom) 전압 손실을 제거하기 위한 것이다. 블리딩 스위칭소자(M5, M6)의 턴-온에 따라 모터(M)를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩한다. 여기서, 블리딩 스위칭소자는 모터(M)를 통해 흐르는 전류에서 센싱을 위한 전류를 나누어 빼내기 위한 스위칭소자를 말한다. 본 명세서에서, 전류를 나누어 빼내는 것을 블리딩이라고 한다. 이때, 블리딩 센싱부(30)는 블리딩 스위칭소자(M5, M6)에 의해 블리딩된(bleeded) 전류를 센싱저항을 통해 센싱한다.
블리딩 센싱부(30)는 턴-온된 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결되는 경로를 형성하는 각 경로의 저항값에 반비례하여 전류가 분배되게 된다. 이때, 블리딩 센싱부(30)의 저항값은 블리딩 스위칭소자(M5, M6)의 온저항과 블리딩 센싱저항(Rs1, Rs2)에 의해 정해지므로, 블리딩 스위칭소자(M5, M6)의 크기 및 블리딩 센싱저항(Rs1, Rs2)의 크기를 조절함으로써, 종래와 달리 헤드룸 전압의 손실을 제거할 수 있게 된다.
또한, 도 1a를 참조하면 하나의 예에서, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)이 N타입 제3 FET(M3) 및 제3 FET(M3)와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET(M4)를 포함하는 경우, 블리딩 센싱부(30)의 블리딩 스위칭소자는 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 블리딩 스위칭소자 제5 FET(M5)는 싱크형 스위칭소자인 제3 FET(M3)와 병렬 연결되고, 블리딩 스위칭소자 제6 FET(M6)는 싱크형 스위칭소자인 제4 FET(M4)와 병렬 연결된다. 또한, 이때, 제6 FET(M6)는 제5 FET(M5)와 교번으로 턴-온 동작할 수 있다. 예컨대, 제5 및 제6 FET(M5, M6)는 도 1a에 도시된 바와 같이 P타입 FET일 수 있고, 다른 예에서, 도 1a에 도시된 바와 달리, 블리딩 스위칭소자는 P타입 FET이 아닌 N타입 FET일 수 있다.
다음으로, 도 1a를 참조하여 온저항 유지부(50)를 구체적으로 살펴본다.
도 1a의 온저항 유지부(50)는 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자(M5, M6)를 턴-온시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킨다.
도 2a 내지 2b를 참조하면, 또 하나의 예에서, 온저항 유지부(50)는 커런트 미러회로를 포함할 수 있다. 이때, 커런트 미러에 의해, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시키고, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-오프되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-오프시켜, 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킬 수 있다.
또한, 도 2a 내지 2b를 참조하여, 블리딩 센싱부(30)의 블리딩 스위칭소자가 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 포함하여 이루어지는 경우, 블리딩 스위칭소자를 스위칭하기 위한 온저항 유지부(50)를 구체적으로 살펴본다. 도 2a 내지 2b에 도시된 바와 달리, 블리딩 스위칭소자는 P타입 FET이 아닌 N타입 FET을 포함하여 구성할 수도 있다. 도 2a 내지 2b를 참조하면, 하나의 예에서, 온저항 유지부(50)는 제5 FET(M5)를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로(50a) 및 제6 FET(M6)를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로(50b)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 커런트 미러회로(50a)는 제3 FET(M3)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제5 FET(M5)의 게이트를 구동시켜 제5 FET(M5)를 턴-온시킬 수 있다. 또한, 제2 커런트 미러회로(50b)는 제4 FET(M4)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제6 FET(M6)의 게이트를 구동시켜 제6 FET(M6)를 턴-온시킬 수 있다. 이때, 도 2a 내지 2b에 블리딩 스위칭소자 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 P타입인 경우가 도시되었으나, N타입 FET로 구성될 수 있고, 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 N타입 FET로 구성되는 경우, 적절하게 제1 및 제2 커런트 미러회로도 변형될 수 있다. 또한, 도 2a 내지 2b에서는 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 P타입 FET인 경우에, 제1 및 제2 커런트 미러회로(50a, 50b)는 제5 및 제6 FET(M5, M6)와 병렬 연결된 싱크형 스위칭소자 제3 및 제4 FET(M3, M4)의 구동제어신호와 상반되는 신호에 따라 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 턴-온시키고 있으나, 이와 달리 싱크형 스위칭소자 제3 및 제4 FET(M3, M4)의 구동제어신호와 동일 신호에 따라 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 턴-온시킬 수도 있다.
예컨대, 도 2a 내지 2b를 참조하여, 더 구체적으로 살펴본다. 하나의 예에서, 블리딩 스위칭소자 제5 및 제6 FET(M5, M6)은 P타입 FET일 수 있다. 이때, 제1 커런트 미러회로(50a)는 P타입 제7 FET(M7), N타입 제9 FET(M9), N타입 제10 FET(M10) 및 N타입 제11 FET(M11)를 포함할 수 있다. 이때, 제7 FET(M7)는 제5 FET(M5)과 미러링된다. 제9 FET(M9)는 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는다. 또한, 제10 FET(M10)는 제9 FET(M9)과 미러링되되, 드레인전극이 제7 FET(M7)의 드레인 및 게이트 전극과 연결되어 있다. 그리고, 제11 FET(M11)는 제4 FET(M4)에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되, 드레인 전극이 제9 및 제10 FET(M10)의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결되어 있다.
계속하여, 제2 커런트 미러회로(50b)는 P타입 제8 FET(M8), N타입 제12 FET(M12), N타입 제13 FET(M13) 및 N타입 제14 FET(M14)를 포함할 수 있다. 이때, 제8 FET(M8)는 제6 FET(M6)과 미러링되고, 제12 FET(M12)는 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는다. 또한, 제13 FET(M13)는 제12 FET(M12)과 미러링되되, 드레인전극이 제8 FET(M8)의 드레인 및 게이트 전극과 연결되어 있다. 그리고 제14 FET(M14)는 제3 FET(M3)에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되, 드레인 전극이 제12 및 제13 FET(M13)의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결되어 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하여, 또 하나의 예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로를 살펴본다. 하나의 예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로는 로우패스필터부(60) 및 비교부(70)를 더 포함할 수 있다. 이때, 로우패스필터(LPF)부(60)는 블리딩 센싱부에서 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하여 비교부(70)로 인가한다. 또한, 비교부(70)는 LPF부(60)에서 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단할 수 있다.
이때, 비교부(70)에서의 판단결과에 따라 도 1b의 구동제어부(90)로 피드백되어 구동제어신호가 모터구동부(10)로 인가되거나 차단됨으로써 과전류를 차단하고 정상적인 모터 구동이 이루어질 수 있다.
본 발명의 하나의 예에 따른 모터 구동 과전류 검출 회로를 더 살펴본다. 본 발명의 구조는 종래와 같은 센싱저항(Rs)에 의한 추가적인 전압 헤드룸(Headroom)에 의한 전압손실이 없다. 또한, 도 5의 종래 구조와 비교해보면, 블리딩 경로가 새롭게 형성되고, 블리딩 스위칭소자의 온저항 유지를 위한 구성, 예컨대 커런트 미러회로가 추가되고 있다.
도 2b를 참조하면, 블리딩 경로가 형성됨으로써, 예컨대, IM1=IM4+IM6 이 된다. 블리딩 스위칭소자 M5 및 M6은 블리딩 센싱저항에 의한 전압 Vsense를 검출하기 위해 블리딩 경로(Bleeding Path)를 형성한다. 싱크형 스위칭소자 M3 및 M4 이외의 추가적인 전류 경로를 형성함으로써 과전압 체크를 위한 Vsense 노드를 종래와 같은 전압 헤드룸(Headroom) 소모없이 구현할 수 있다.
이때, 주의할 것은 메인 경로인 싱크형 스위칭소자 M3 및 M4의 온저항과 비교하여 블리딩 A 경로의 저항, 예컨대 블리딩 스위칭소자 M5의 온저항과 블리딩 센싱저항 Rs1의 합과, 블리딩 B 경로의 저항, 예컨대 블리딩 스위칭소자 M6의 온저항과 블리딩 센싱저항 Rs2의 합이 훨씬 커야 한다. 왜냐하면, 메인 경로에 흐르는 전류의 크기는 모터(M)의 효율과 관계되기 때문이다. 즉, 모터(M)의 효율을 해치지 않기 위하여 메인 경로에 전류의 대부분을 흐르게 하고, 블리딩 스위칭소자 M5 및 M6에 의해 형성되는 블리딩 경로(Bleeding Path)에는 과전류를 체크할 수 있을 정도의 작은 전류만 흐르게 한다. 이것은 블리딩 센싱저항 값과 소스형 스위칭소자 M1 및 M2, 싱크형 스위칭소자 M3 및 M4, 그리고 블리딩 스위칭소자 M5 및 M6의 트랜지스터 사이즈를 조절함으로써 구현할 수 있다.
예를 들어 스위칭소자 M1과 M4의 온저항이 10옴이라 하고 M1에 1A의 전류가 흐른다고 가정하자. 1A의 전류는 M4뿐만 아니라 M6에도 흐른다. 다시 말해서, IM1=IM4+IM6 이 되고, 이때 IM4에 1A의 98%, M6에 2%, 즉, M4에 0.98A, M6에 0.02A의 전류가 흐른다. 도 2b에서 메인 B 경로와 블리딩 B 경로의 저항의 비는 2:98로 설정된다. 즉, M4의 온저항이 10옴인 경우, M6의 온저항과 블리딩 센싱저항 Rs2의 합은 약 490옴이 되어야 한다. 이러한 저항비는 시뮬레이션 결과에 따라 최적의 비율이 결정되어야 한다.
또한, 커런트 미러회로를 형성하는 스위칭소자 M7 ~ M14는 블리딩 스위칭소자 M5 및 M6의 온저항을 일정하게 유지시키고, 도 1b의 제어스위칭부(93), 예컨대 게이트 드라이버 스위치의 온/오프에 따라 블리딩 스위칭소자 M5 및 M6를 온/오프시켜 블리딩 경로를 온/오프시키는 역할을 수행한다. 구체적으로 살펴보면, 먼저, M11 및 M14는 커런트 미러회로를 온오프한다. 예를 들어, 구동제어신호 P1_in 및 N2_in이 활성(Active)인 경우 M11에 의해 블리딩 A 경로는 오프되고, 반대로 구동제어신호 P2_in 및 N1_in이 활성(Active)인 경우에는 M14에 의해 블리딩 B 경로는 오프되므로, 전류소모를 줄일 수 있다.
도 2b에서, 과전류를 체크하기 위해서 블리딩 스위칭소자 M6에 흐르는 0.02A의 전류는 블리딩 센싱저항 Rs2와 곱해져서 Vsense2 노드에 나타나게 된다. 이후의 과정은 도 1b에 나타난 바와 같이 LPF부(60)를 거친 후 비교부(70)를 통하여 과전류 여부가 판단되고, 그에 따라 제어스위칭부(93), 예컨대 게이트 드라이버 스위치를 온/오프하게 된다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 제1 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로 및 도 1a, 2a 및 2b가 참조될 수 있고, 그에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수도 있다.
도 1b는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로에서 도 1a의 과전류 검출회로로부터 검출된 전류의 과전류 여부를 판단하고 판단결과에 따라 구동제어신호를 인가하는 구성을 개략적으로 나타낸 회로도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로는 전술한 제1 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로를 포함하고 있다. 따라서, 제2 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로의 구성들 중 제1 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출 회로와 중복되는 구성들에 대한 설명은 전술한 바를 참조한다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 하나의 예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로는 모터구동부(10), 구동제어부(90), 블리딩 센싱부(30) 및 온저항 유지부(50)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 모터구동부(10)는 H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터(M)로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹(11) 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터(M)를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹(13)을 포함하고 있다. 모터구동부(10)는 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 모터(M)를 구동시킨다. 도 1a에서 모터구동부(10)는 모터(M)를 정/역회전시키는 H-브릿지회로를 도시하고 있으나, 3상 모터를 구동하는 H-브릿지회로도 가능하다.
이때, 도 1a를 참조하면 하나의 예에서, 소스형 스위칭소자 그룹(11)은 P타입 제1 FET(M1) 및 제1 FET(M1)와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET(M2)를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)은 N타입 제3 FET(M3) 및 제3 FET(M3)와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET(M4)를 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13)은 각 FET 별로 병렬 연결된 환류 다이오드(Freewheeling Diode)(D1 ~ D4)를 구비할 수 있다.
다음으로, 도 1b를 참조하여 구동제어부(90)를 살펴본다. 구동제어부(90)는 모터구동부(10)의 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13)을 제어하기 위한 구동제어신호를 인가한다.
이때, 도 1b를 참조하면, 또 하나의 예에서, 구동제어부(90)는 제어신호 생성부(91), 제어스위칭부(93) 및 구동제어신호 인가부(95)를 포함할 수 있다. 제어신호 생성부(91)는 모터(M)의 속도 등을 총괄 제어하기 위하여 프리(pre)- 제어신호를 생성하여 출력한다. 프리제어신호는 구동제어신호를 생성하기 기초신호이다. 예컨대, 도 1b에서 프리제어신호로 P1, P2, N1, N2가 생성되어 출력될 수 있다. 다음으로, 제어스위칭부(93)는 도 1b의 비교부(70)의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 제어신호 생성부(91)에서 출력되는 프리제어신호를 구동제어신호 인가부(95)로 전달한다. 다음으로, 구동제어신호 인가부(95)는 제어스위칭부(93)의 스위칭에 따라 제어신호 생성부(91)로부터 프리제어신호를 입력받고 구동제어신호를 생성하여 모터구동부(10)로 인가한다.
예컨대, 도 1b에서, 제어스위칭부(93)의 스위치 온 동작에 따라, 프리제어신호 P1로부터 구동제어신호 P1-in을, 프리제어신호 P2로부터 구동제어신호 P2_in을, 프리제어신호 N1로부터 구동제어신호 N1-in을, 그리고 프리제어신호 N2로부터 구동제어신호 N2_in을 생성하여 모터구동부(10)로 인가한다. 이때, 비교부(70)의 판단결과에 따라 제어스위칭부(93)의 각 스위칭소자가 스위칭되고, 그에 따라 전달된 프리제어신호로부터 해당 구동제어신호가 생성될 수 있다.
다음으로, 도 1a에서 블리딩 센싱부(30)를 살펴본다. 블리딩 센싱부(30)는 싱크형 스위칭소자 그룹(13)의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하고 있다. 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터(M)를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩한다. 이때, 블리딩 센싱부(30)는 블리딩 스위칭소자에 의해 블리딩된(bleeded) 전류를 센싱저항을 통해 센싱한다.
또한, 도 1a를 참조하면 하나의 예에서, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)이 N타입의 제3 및 제4 FET(M3, M4)를 포함하는 경우, 블리딩 센싱부(30)의 블리딩 스위칭소자는 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 블리딩 스위칭소자 제5 FET(M5)는 싱크형 스위칭소자인 제3 FET(M3)와 병렬 연결되고, 블리딩 스위칭소자 제6 FET(M6)는 싱크형 스위칭소자인 제4 FET(M4)와 병렬 연결된다. 또한, 이때, P타입 제6 FET(M6)는 제5 FET(M5)와 교번으로 턴-온 동작할 수 있다. 예컨대, 제5 및 제6 FET(M5, M6)는 도 1a에 도시된 바와 같이 P타입 FET일 수 있고, 다른 예에서, 도 1a에 도시된 바와 달리, 블리딩 스위칭소자는 P타입 FET이 아닌 N타입 FET일 수 있다.
다음으로, 도 1a에서 온저항 유지부(50)를 살펴본다. 온저항 유지부(50)는 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킨다.
도 2a 내지 2b를 참조하면, 또 하나의 예에서, 온저항 유지부(50)는 커런트 미러회로를 포함할 수 있다. 이때, 커런트 미러에 의해, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시키고, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-오프되는 싱크형 스위칭소자를 턴-오프시켜, 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킬 수 있다.
예컨대, 블리딩 센싱부(30)의 블리딩 스위칭소자가 P타입 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 포함하여 이루어지는 경우, 온저항 유지부(50)는 P타입 제5 FET(M5)를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로(50a) 및 P타입 제6 FET(M6)를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로(50b)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 커런트 미러회로(50a)는 제3 FET(M3)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제5 FET(M5)의 게이트를 구동시켜 제5 FET(M5)를 턴-온시킬 수 있다. 또한, 제2 커런트 미러회로(50b)는 제4 FET(M4)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제6 FET(M6)의 게이트를 구동시켜 제6 FET(M6)를 턴-온시킬 수 있다. 이때, 도 2a 내지 2b에 블리딩 스위칭소자 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 P타입인 경우가 도시되었으나, N타입 FET로 구성될 수 있고, 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 N타입 FET로 구성되는 경우, 적절하게 제1 및 제2 커런트 미러회로도 변형될 수 있다. 또한, 도 2a 내지 2b에서는 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 P타입 FET인 경우에, 제1 및 제2 커런트 미러회로(50a, 50b)는 제5 및 제6 FET(M5, M6)와 병렬 연결된 싱크형 스위칭소자 제3 및 제4 FET(M3, M4)의 구동제어신호와 상반되는 신호에 따라 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 턴-온시키고 있으나, 이와 달리 싱크형 스위칭소자 제3 및 제4 FET(M3, M4)의 구동제어신호와 동일 신호에 따라 제5 및 제6 FET(M5, M6)를 턴-온시킬 수도 있다.
또한, 헤드룸 전압손실 없는 모터구동회로의 또 하나의 예를 살펴보면, 모터구동회로는 로우패스필터부(60) 및 비교부(70)를 더 포함할 수 있다. 이때, 로우패스필터(LPF)부(60)는 블리딩 센싱부에서 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하여 비교부(70)로 인가한다. 또한, 비교부(70)는 LPF부(60)에서 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단할 수 있다. 이때, 비교부(70)에서의 판단결과에 따라 도 1b의 구동제어부(90)로 피드백됨으로써, 구동제어신호가 모터구동부(10)로 인가되거나 차단되게 된다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 제1 실시예에 따른 모터 구동 과전류 검출회로, 전수한 제2 실시예에 따른 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로 및 도 1a, 1b, 2a 및 2b가 참조될 수 있고, 그에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법의 일부 공정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 하나의 예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법은 H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터(M)로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹(11) 및 H-브릿지의 하측에 연결되어 모터(M)를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹(13)을 포함하는 모터구동회로에 적용된다. 이때, 모터구동회로의 과전류 검출 방법은 모터 구동 단계(S100), 전류 블리딩 단계(S300) 및 과전류 센싱 및 검출 단계(S500)를 포함하여 이루어질 수 있다.
구체적으로, 도 3의 모터 구동 단계(S100)에서는, 구동제어신호에 따라 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13) 각각의 일부, 예컨대 하나의 스위칭 소자가 턴-온되며 모터(M)를 구동한다.
도 1a를 참조하면, 하나의 예에서, 소스형 스위칭소자 그룹(11)은 P타입의 제1 및 제2 FET(M2)를 포함하고, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)은 N타입의 제3 및 제4 FET(M4)를 포함하고 있다. 이때, 모터 구동 단계(S100)에서는, P타입 제2 FET(M2)는 P타입 제1 FET(M1)와 교번으로 동작하고, N타입 제4 FET(M4)는 N타입 제3 FET(M3)와 교번으로 동작하며 모터(M)를 구동한다. 도 1a에서 모터구동부(10)는 모터(M)를 정/역회전시키는 H-브릿지회로를 도시하고 있으나, 3상 모터를 구동하는 H-브릿지회로도 가능하다.
도 2a를 참조하면, 구동제어신호 P1_in과 구동제어신호 N2_in이 동시에 인가되면, 소스형 스위칭소자 그룹(11) 중 P타입 제1 FET(M1)가 구동제어신호 P1_in에 따라 턴-온되고 전원전압이 P타입 제1 FET(M1)을 통해 모터(M)로 인가되어 모터(M)가 구동된다. 동시에 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 N타입 제4 FET(M4)가 구동제어신호 N2_in에 따라 턴-온되어 모터(M)를 흐르는 전류가 N타입 제4 FET(M4)를 통해 접지전원으로 싱크된다.
예컨대, 구동제어신호 P1_in과 구동제어신호 P2_in이 교번으로 소스형 스위칭소자 그룹(11)으로 인가되고, 구동제어신호 N1_in과 구동제어신호 N2_in이 교번으로 싱크형 스위칭소자 그룹(13)으로 인가될 수 있다. 이때, 소스형 스위칭소자 그룹(11)으로 인가되는 구동제어신호와 싱크형 스위칭소자 그룹(13)으로 인가되는 구동제어신호는 주파수가 동일하거나 다를 수 있다.
하나의 예에서, 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13)은 각 FET 별로 병렬 연결된 환류 다이오드(Freewheeling Diode)(D1 ~ D4)를 구비할 수 있다.
다음으로, 도 3의 전류 블리딩 단계(S300)에서는, 싱크형 스위칭소자 그룹(13) 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시킨다. 또한, 도 3의 전류 블리딩 단계(S300)에서는, 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 모터(M)를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩한다.
또 하나의 예에서, 싱크형 스위칭소자 그룹(13)이 N타입의 제3 및 제4 FET(M3, M4)를 포함하고, 블리딩 스위칭소자 제5 FET(M5)는 싱크형 스위칭소자인 제3 FET(M3)와 병렬 연결되고, 블리딩 스위칭소자 제6 FET(M6)는 싱크형 스위칭소자인 제4 FET(M4)와 병렬 연결된 경우를 살펴본다. 이때, 제5 및 제6 FET(M5, M6)는 도 1a, 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 P타입 FET일 수 있고, 다른 예에서, P타입 FET이 아닌 N타입 FET일 수 있다.
이때, 도 3의 전류 블리딩 단계(S300)에서는, 도 2a 및 2b의 제1 커런트 미러회로(50a)에 의해 제5 FET(M5)를 턴-온시키거나 제2 커런트 미러회로(50b)에 의해 제6 FET(M6)를 턴-온시킬 수 있다. 이때, 제1 및 제2 커런트 미러회로(50a, 50b)는 제5 및 제6 FET(M5, M6)의 타입에 따라, 또는 제5 및 제6 FET(M5, M6)의 게이트를 구동시키기 위한 커런트 미러의 구동신호가 제5 및 제6 FET(M5, M6)와 병렬 연결된 싱크형 스위칭소자 제3 및 제4 FET(M5, M6)의 구동신호와 동일한 신호인지 상반된 신호인지에 따라, 다양하게 변형시켜 구현할 수 있다.
예컨대, 제3 FET(M3)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제1 커런트 미러회로(50a)가 제5 FET(M5)의 게이트를 구동시켜 제5 FET(M5)를 턴-온시킬 수 있다. 또한, 제4 FET(M4)의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제2 커런트 미러회로(50b)가 제6 FET(M6)의 게이트를 구동시켜 제6 FET(M6)를 턴-온시킬 수 있다. 구체적으로, 도 2a 및 2b에서는 제5 및 제6 FET(M5, M6)가 P타입 FET이고, 제1 커런트 미러회로(50a)는 제3 FET(M3)의 구동제어신호와 상반된 신호에 따라 제5 FET(M5)의 게이트 전원을 싱크시켜 제5 FET(M5)를 턴-온시키고, 제2 커런트 미러회로(50b)는 제4 FET(M4)의 구동제어신호와 상반된 신호에 따라 제6 FET(M6)의 게이트 전원을 싱크시켜 제6 FET(M6)를 턴-온시키고 있다.
다음으로, 도 3의 과전류 센싱 및 검출 단계(S500)에서는, 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 통해 블리딩된 전류를 센싱하여 과전류를 검출한다.
도 4를 참조하여, 모터구동회로의 과전류 검출 방법을 더 살펴본다. 도 4를 참조하면, 과전류 센싱 및 검출 단계(S500)는 전류 센싱 단계(S510), 고주파 잡음 제거 단계(S530) 및 과전류 판단 단계(S550)를 포함할 수 있다.
전류 센싱 단계(S510)에서는 센싱저항을 통해 전류를 센싱한다. 다음, 고주파 잡음 제거 단계(S530)에서는 센싱된 신호에 포함된 고주파 잡음을 제거한다. 다음, 과전류 판단 단계(S550)에서는 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하여, 또 하나의 예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법을 살펴본다. 하나의 예에 따른 모터구동회로의 과전류 검출 방법은 구동제어신호 인가 단계(S700)를 더 포함할 수 있다. 구동제어신호 인가 단계(S700)는 과전류 여부를 판단하는 단계(S550)의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 온-오프 스위칭에 따라 프리(pre)제어신호로부터 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹(11, 13)을 제어하기 위한 구동제어신호를 생성하여 인가한다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
10 : 모터구동부 11 : 소스형 스위칭소자 그룹
13 : 싱크형 스위칭소자 그룹 30 : 블리딩 센싱부
50 : 온저항 유지부 60 : 로우패스필터부
70 : 비교부 90 : 구동제어부
91 : 제어신호 생성부 93 : 제어 스위칭부
95 : 구동제어신호 인가부

Claims (18)

  1. H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 상기 H-브릿지의 하측에 연결되어 상기 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하되, 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 상기 모터를 구동시키는 모터구동부;
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 상기 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하되, 상기 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 상기 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하고, 상기 센싱저항을 통해 상기 블리딩된 전류를 센싱하는 블리딩 센싱부; 및
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 상기 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는 온저항 유지부; 를 포함하여 이루어지는 모터 구동 과전류 검출회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입 제1 FET 및 상기 제1 FET와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET를 포함하고,
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입 제3 FET 및 상기 제3 FET와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET를 포함하는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹은 각 FET 별로 병렬 연결된 환류 다이오드를 구비하는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고,
    상기 제4 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제6 FET으로 상기 제5 FET와 교번으로 턴-온 동작하는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 온저항 유지부는 커런트 미러회로를 포함하며, 상기 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시키고, 상기 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-오프되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자를 턴-오프시켜, 상기 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 온저항 유지부는 상기 제5 FET를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로 및 상기 제6 FET를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로를 포함하되,
    상기 제1 커런트 미러회로는 상기 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 상기 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고,
    상기 제2 커런트 미러회로는 상기 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 상기 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제5 및 제6 FET은 P타입 FET이고,
    상기 제1 커런트 미러회로는: 상기 제5 FET과 미러링된 P타입 제7 FET; 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는 N타입 제9 FET; 상기 제9 FET과 미러링되되 드레인전극이 상기 제7 FET의 드레인 및 게이트 전극과 연결된 N타입 제10 FET; 및 상기 제4 FET에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되 드레인 전극이 상기 제9 및 제10 FET의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결된 N타입 제11 FET; 을 포함하고,
    상기 제2 커런트 미러회로는: 상기 제6 FET과 미러링된 P타입 제8 FET; 드레인 전극으로 전류소스를 공급받는 N타입 제12 FET; 상기 제12 FET과 미러링되되 드레인전극이 상기 제8 FET의 드레인 및 게이트 전극과 연결된 N타입 제13 FET; 및 상기 제3 FET에 대한 구동제어신호와 동일한 신호에 따라 턴-온되되 드레인 전극이 상기 제12 및 제13 FET의 게이트 전극과 연결되고 소스 전극이 접지단에 연결된 N타입 제14 FET; 을 포함하는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  8. 청구항 1 내지 7 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 모터 구동 과전류 검출회로는:
    상기 블리딩 센싱부에서 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터부; 및
    상기 고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 비교부; 를 더 포함하는,
    모터 구동 과전류 검출회로.
  9. H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 상기 H-브릿지의 하측에 연결되어 상기 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하되, 구동제어신호에 따라 스위칭 동작하며 상기 모터를 구동시키는 모터구동부;
    상기 모터구동부의 상기 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹을 제어하기 위한 상기 구동제어신호를 인가하는 구동제어부;
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹의 각 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자 및 상기 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 포함하되, 상기 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 상기 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하고, 상기 센싱저항을 통해 상기 블리딩된 전류를 센싱하는 블리딩 센싱부; 및
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 상기 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키는 온저항 유지부; 를 포함하여 이루어지는 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입 제1 FET 및 상기 제1 FET와 교번으로 동작하는 P타입 제2 FET를 포함하고,
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입 제3 FET 및 상기 제3 FET와 교번으로 동작하는 N타입 제4 FET를 포함하고,
    상기 제3 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고,
    상기 제4 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제6 FET으로 상기 제5 FET와 교번으로 턴-온 동작하는,
    헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 온저항 유지부는 상기 제5 FET를 턴-온시키는 제1 커런트 미러회로 및 상기 제6 FET를 턴-온시키는 제2 커런트 미러회로를 포함하되,
    상기 제1 커런트 미러회로는 상기 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 상기 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고,
    상기 제2 커런트 미러회로는 상기 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반되는 신호에 따라 상기 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키는,
    헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로.
  12. 청구항 9 내지 11 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로는:
    상기 블리딩 센싱부의 상기 센싱저항을 통해 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 로우패스필터부; 및
    상기 로우패스필터부에서 고주파 잡음 제거된 신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 비교부; 를 더 포함하는,
    헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 구동제어부는: 상기 구동제어신호를 생성하기 위한 프리(pre)제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 상기 비교부의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 상기 프리제어신호를 전달하는 제어스위칭부; 및 상기 제어스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제어신호 생성부로부터 상기 프리제어신호를 입력받고 상기 구동제어신호를 생성하여 인가하는 구동제어신호 인가부; 를 포함하는,
    헤드룸 전압 손실없는 모터구동회로.
  14. H-브릿지의 상측에 연결되어 전원전압을 모터로 인가하는 소스형 스위칭소자 그룹 및 상기 H-브릿지의 하측에 연결되어 상기 모터를 통해 흐르는 전류를 접지단으로 싱크시키는 싱크형 스위칭소자 그룹을 포함하는 모터구동회로의 과전류 검출 방법에 있어서,
    구동제어신호에 따라 상기 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹 각각의 하나의 스위칭 소자가 턴-온되며 상기 모터를 구동하는 단계;
    상기 싱크형 스위칭소자 그룹 중 턴-온되는 싱크형 스위칭소자와 병렬 연결된 블리딩 스위칭소자를 턴-온 시켜 상기 턴-온된 블리딩 스위칭소자의 온 저항을 유지시키고, 상기 블리딩 스위칭소자의 턴-온에 따라 상기 모터를 통해 흐르는 전류에서 센싱용 전류를 블리딩하는 단계; 및
    상기 블리딩 스위칭소자에 직렬 연결된 센싱저항을 통해 상기 블리딩된 전류를 센싱하여 과전류를 검출하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 모터구동회로의 과전류 검출 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 소스형 스위칭소자 그룹은 P타입의 제1 및 제2 FET를 포함하고, 상기 싱크형 스위칭소자 그룹은 N타입의 제3 및 제4 FET를 포함하되,
    상기 모터를 구동하는 단계에서, 상기 제2 FET는 상기 제1 FET와 교번으로 동작하고, 상기 제4 FET는 상기 제3 FET와 교번으로 동작하고,
    상기 제3 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제5 FET이고, 상기 제4 FET와 병렬 연결된 상기 블리딩 스위칭소자는 제6 FET이고,
    상기 센싱용 전류를 블리딩하는 단계에서, 상기 제5 및 제6 FET는 교번으로 턴-온 동작하는,
    모터구동회로의 과전류 검출 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 센싱용 전류를 블리딩하는 단계에서는,
    상기 제3 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제1 커런트 미러회로가 상기 제5 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키고,
    상기 제4 FET의 구동제어신호와 동일 또는 상반된 신호에 따라 제2 커런트 미러회로가 상기 제6 FET의 게이트를 구동시켜 턴-온시키는,
    모터구동회로의 과전류 검출 방법.
  17. 청구항 14 내지 16 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 전류를 센싱하여 과전류를 검출하는 단계는:
    상기 센싱저항을 통해 전류를 센싱하는 단계;
    상기 센싱된 신호의 고주파 잡음을 제거하는 단계; 및
    고주파 잡음 제거된 전압신호와 기준전압신호를 비교하여 과전류 여부를 판단하는 단계; 를 포함하는,
    모터구동회로의 과전류 검출 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 모터구동회로의 과전류 검출 방법은,
    상기 과전류 여부를 판단하는 단계의 판단결과에 따라 온-오프 스위칭되며 상기 온-오프 스위칭에 따라 프리(pre)제어신호로부터 상기 소스형 및 싱크형 스위칭소자 그룹을 제어하기 위한 상기 구동제어신호를 생성하여 인가하는 단계; 를 더 포함하는,
    모터구동회로의 과전류 검출 방법.
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