JP2014027863A - モータ制御回路、モータ駆動装置及びモータ駆動方法 - Google Patents

モータ制御回路、モータ駆動装置及びモータ駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、モータ制御回路、モータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。
【解決手段】本発明は、ホールセンサーからホール信号を検出する検出部と、上記ホール信号のレベル変化を感知して上記ホール信号のレベル変化によるモータ制御信号を生成する信号生成部と、を含み、上記信号生成部は、上記ホール信号のハイ(high)レベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、上記ホール信号をハイ(high)レベルに維持すると判断するモータ制御回路を提案する。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータ制御回路、モータ駆動装置及びモータ駆動方法に関する。
一般に、ブラシレスDCモータ(BrushLess DC motor)とは、DCモータにおいてブラシ及び整流子などの機械的な接触部を用いることなく非接触の位置検出器と半導体素子により電流を流すか又は電流の方向を調整する機能を変える直流(DC)モータを意味する。
一般に、速度を制御できるモータの場合、パルス‐幅‐変調(Pulse‐Width‐Modulation、PWM)信号のデューティ(Duty)値を調節することによりその速度を制御することができる。パルス‐幅‐変調信号のデューティ値は、信号の一周期内で信号がハイ(high)値を有するターンオン(turn‐on)時間と、信号がロー(Low)値を有するターンオフ(turn‐off)時間とにより決められ、モータの回転速度は、パルス‐幅‐変調信号のデューティ値に比例する。
ブラシレスDCモータの場合、モータの回転制御は極性に応じてレベルが変わるホール信号により行われ、ホール信号のレベルがハイ(high)からロー(low)に変わる立ち下がりエッジ又はローからハイに変わる立ち上がりエッジを検出してモータ制御信号を生成する。
ホール信号によりモータの駆動が制御されるため、ホール信号にノイズが発生する場合は誤ったモータ制御信号が生成されてモータが逆回転する可能性がある。
また、ホール信号のレベルがローからハイに立ち上がる場合、安定したハイレベルを維持するまで数回のインパルス信号が発生することがある。この際、モータの駆動制御において、ハイレベルが安定化する前に発生するインパルス信号ごとに立ち上がりエッジと立ち下がりエッジをすべて検出してモータ制御信号を生成する場合、モータ駆動の効率が低下することがある。
特開2012−023880号公報 韓国公開特許第2004‐0071623号公報
本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、ホール信号のレベル変化時変わったレベルが安定化するまで発生するインパルス信号と予め設定された時間を比較して効率的にモータ制御信号を生成し、ホール信号の安定化過程で発生した信号がインパルス信号であるかノイズ信号であるかを判断してモータが逆回転することを防止することを目的とする。
本発明の第1の技術的な側面によると、ホールセンサーからホール信号を検出する検出部と、上記ホール信号のレベル変化を感知して上記ホール信号のレベル変化によるモータ制御信号を生成する信号生成部と、を含み、上記信号生成部は、上記ホール信号のハイ(high)レベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、上記ホール信号のレベルをハイ(high)レベルに維持すると判断するモータ制御回路を提案する。
また、上記予め設定された時間は、モータが最大速度で回転するときに検出される周波数から設定されるモータ制御回路を提案する。
また、上記信号生成部から出力されたモータ制御信号と基準信号を比較した比較値を上記信号生成部に伝達する比較部をさらに含むモータ制御回路を提案する。
また、上記比較部は、上記信号生成部から出力されたモータ制御信号と上記基準信号が異なる場合、上記モータ制御信号が初期化するように比較値を出力するモータ制御回路を提案する。
本発明の第2の技術的な側面によると、モータ駆動部と、上記モータ駆動部に含まれたホールセンサーから極性を感知して生成されたホール信号を検出する検出部と、上記検出部から出力されるホール信号のレベル変化によりモータ制御信号を生成する信号生成部と、を含み、上記信号生成部は、上記ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、上記ホール信号のレベルがハイレベルを維持すると判断するモータ駆動装置を提案する。
また、上記予め設定された時間は、モータが最大速度で回転するときに検出されるホール信号の周期により設定されるモータ駆動装置を提案する。
また、上記信号生成部から出力されたモータ制御信号と基準信号を比較して上記信号生成部に伝達する比較部をさらに含み、上記比較部は、上記信号生成部から出力されたモータ制御信号と上記基準信号が異なる場合、上記モータ制御信号が初期化するように比較値を出力するモータ駆動装置を提案する。
本発明の第3の技術的な側面によると、ホールセンサーからホール信号を検出する段階と、上記ホール信号のレベル変化を感知して上記ホール信号のレベル変化によるモータ制御信号を生成し、上記ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、上記ホール信号のレベルがハイレベルを維持すると判断してモータ制御信号を生成する段階と、上記モータ制御信号によりモータを駆動させる段階と、を含むモータ駆動方法を提案する。
また、上記予め設定された時間は、モータが最大速度で回転するときに検出されるホール信号の周期により設定されるモータ駆動方法を提案する。
また、上記モータ制御信号と基準信号を比較して、上記モータ制御信号と基準信号が互いに異なる場合、上記モータ制御信号を初期化する段階をさらに含むモータ駆動方法を提案する。
本発明によると、ホール信号のレベル変化時変わったレベルが安定化するまで発生するインパルス信号と予め設定された時間を比較して、効率的にモータ制御信号を生成し、ホール信号の安定化過程で発生した信号がインパルス信号であるかノイズ信号であるかを判断してモータが逆回転することを防止することができる。
本発明の実施例によるモータ制御回路を概略的に示したブロック図である。 本発明の実施例によるモータ駆動装置を概略的に示した図面である。 本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるグラフである。 本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるグラフである。 本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるグラフである。 本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。なお、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図1は、本発明の実施例によるモータ制御回路100を概略的に示したブロック図である。
図1を参照すると、本実施例によるモータ制御回路100は、ホール信号レベル検出部120、信号生成部130及び比較部140を含む。
信号生成部130から出力されるモータ制御信号によりモータの動作が制御され、モータ制御信号はホール信号レベル検出部120から出力されるホール信号により生成される。モータ制御信号及びホール信号はハイ(high)値とロー(low)値を有するパルス‐幅‐変調(Pulse Width Modulation、PWM)信号であり、モータ制御信号はホール信号のレベルがローからハイに立ち上がるか又はハイからローに立ち下がるエッジを検出してモータ制御信号のレベルを変化させることができる。即ち、信号生成部130は、ホール信号から立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが検出されるときにローレベルであったモータ制御信号をハイレベルに、ハイレベルであったモータ制御信号をローレベルに変化させてモータ制御信号を出力することができる。
ホール信号レベル検出部120はホール信号を出力する回路で、ホール信号はモータ駆動装置に含まれたホールセンサー110から感知された信号である。ホールセンサー110は、モータの極性を判断してホール信号を生成することができる。即ち、ホール信号は、ホールセンサー110で感知する極性が変わるたびに、ホール信号のレベルがハイレベルの場合はローレベルに、ローレベルの場合はハイレベルに変わることができる。
比較部140は、信号生成部130から出力されたモータ制御信号が受信されて基準信号と比較することができる。基準信号は任意に設定された値で、モータ制御信号がホール信号に流入されたノイズの影響を受けたか否かを比較できる基準となることができる。即ち、モータ制御信号が基準信号と同じ場合はモータが正常に動作していると判断し、モータ制御信号が基準信号と異なる場合はノイズの影響を受けるものと判断して、モータ制御信号を初期化することができる。信号生成部130と比較部140は互いに連結されてフィードバック回路を構成することができる。
信号生成部130と比較部140のフィードバックによるモータ制御信号はモータ駆動装置に送信されてモータの駆動を制御することができる。
図2は、本発明の実施例によるモータ駆動装置200を概略的に示した図面である。
図2を参照すると、モータ駆動装置200は、制御部220及びFET駆動部230を含むことができる。制御部220はモータ制御回路を含むもので、FET駆動部230から出力されるホール信号HALL OUTPUTが入力されてモータを駆動させるモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2を出力することができる。即ち、制御部220は、図1のホール信号レベル検出部120、信号生成部130及び比較部140を全て含むことができる。
駆動部230は全部で4つのスイッチを備え、上記4つのスイッチは2つのPMOS FET(metal oxide semiconductor field‐effect transistor)と2つのNMOS FETで構成されることができる。
モータ制御信号POUT1が供給される第1のPMOS FETは電源が供給される電源供給端と接地の間に電気的に連結され、モータ制御信号NOUT1が供給される第1のNMOS FETは第1のPMOS FETと接地の間に電気的に連結されることができる。
モータ制御信号POUT2が供給される第2のPMOS FETは、上記電源供給端に第1のPMOS FETと並列連結され、上記電源供給端と接地の間に電気的に連結され、モータ制御信号NOUT2が供給される第2のNMOS FETは、第2のPMOS FETと接地の間に電気的に連結されることができる。
FET駆動部230は、制御部220のモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2が入力されて4つのFET(Field Effect Transister)がターンオン又はターンオフしてモータを駆動することができる。4つのFETをターンオン又はターンオフさせるためには4つのモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2が必要である。
モータは、モータ制御信号POUT1とNOUT2がターンオンされモータ制御信号POUT2とNOUT1がターンオフされるか又はモータ制御信号POUT1とNOUT2がターンオフされモータ制御信号POUT2とNOUT1がターンオンされて駆動されることができる。
モータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2はホール信号によって生成される信号で、ホール信号から立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジが検出されるときにローレベルであったモータ制御信号はハイレベルに、ハイレベルであったモータ制御信号はローレベルに立ち下がるように生成されることができる。
ホール信号HALL OUTPUTはホールセンサー210で感知するモータ250の極性によって生成される信号で、モータ250の回転によりホールセンサー210で感知するモータ250の極性がN極からS極に、S極からN極に継続して変わることができる。ホールセンサー210で感知する極性が変わるたびに、ホール信号HALL OUTPUTのレベルは、ハイレベルの場合はローレベルに、ローレベルの場合はハイレベルに変わることができる。
図3及び図4は、本発明の実施例によるホール信号HALL OUTPUTとモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2を示すグラフである。
図3を参照すると、ホール信号HALL OUTPUTは、ハイレベルとローレベルを有する矩形波であることができる。ホール信号HALL OUTPUTのハイレベルとローレベルは周期的に繰り返され、ホールセンサーで感知する極性が変わるたびにホール信号HALL OUTPUTのレベルが立ち上がるか又は立ち下がる。
例えば、停止状態であったモータが駆動を開始するとき、ホールセンサーで感知した極性がN極であり、ホール信号HALL OUTPUTがハイレベルのとき、モータの回転によりホールセンサーで感知する極性がS極となると、ホールセンサーは極性の変化を感知してホール信号HALL OUTPUTがハイレベルからローレベルに立ち下がる。また、モータの回転によりホールセンサーで感知する極性がN極となると、ホールセンサーは極性の変化を感知してホール信号HALL OUTPUTがローレベルからハイレベルに立ち上がる。上記動作の繰り返しでホール信号HALL OUTPUTが生成されることができる。
モータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2は、ハイレベルとローレベルを有する矩形波であり、ホール信号HALL OUTPUTにより生成されることができる。例えば、停止状態であったモータが駆動を開始するときにホール信号HALL OUTPUTがハイレベルであり、POUT1とNOUT2がハイレベル、POUT2とNOUT1がローレベルのとき、ホール信号が極性の変化によりハイレベルからローレベルに立ち下がると、ハイレベルであったPOUT1とNOUT2はローレベルに立ち下がり、ローレベルであったPOUT2とNOUT1はハイレベルに立ち上がる。ホール信号HALL OUTPUTとモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2が上記変わったレベルを維持しているうちに改めてホール信号が極性の変化を感知してローレベルからハイレベルに立ち上がると、ローレベルであったPOUT1とNOUT2はハイレベルに立ち上がり、ハイレベルであったPOUT2とNOUT1はローレベルに立ち下がる。
即ち、ホール信号に雑音が流入されない理想的な場合、ホール信号のレベルはハイ、ロー、ハイ、ローレベルを順次繰り返し、これにより、モータ制御信号POUT1とNOUT2のレベル変化はホール信号のレベル変化と同一であり、POUT2とNOUT1のレベルはホール信号のレベルと反対となるように変わる。
図4を参照すると、ホール信号HALL OUTPUTが極性の変化によりローレベルからハイレベルに立ち上がる場合、ハイレベルを安定的に維持するまでハイレベル維持時間が極めて短いインパルス信号が数回繰り返されたことが確認できる。
この際、インパルス信号の立ち上がり及び立ち下がりの変化を全て感知してモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2を生成する場合、モータの効率が低下する可能性がある。即ち、図4のホール信号HALL OUTPUTのようにハイレベルが安定的に維持されるまでに3回のインパルス信号が発生した場合、6回のモータ制御信号のレベル変化が発生することがある。
本発明の実施例によると、ホール信号のハイレベル維持時間を予め設定した時間と比較して、ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定した時間より短い場合、ホール信号のレベルが立ち下がってもハイレベルを維持すると判断してモータ制御信号を生成する。即ち、ホール信号がローレベルからハイレベルに立ち上がるとき、ハイレベルを維持するまで発生するインパルス信号のレベル変化を無視することができる。
ホール信号のレベル変化を感知してモータ制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2のレベルを変化させたりホール信号のレベルが変わっても変わらないものと判断する基準となる時間はモータの最大速度により決められる。ホール信号の周期は、モータの速度によって決められるもので、モータが最大速度で回転するときに最も短い。モータが最大速度で回転する上で1回転するのにかかる時間によって決められる。
例えば、モータ制御のために4つのFETを含むブラシレスDCモータの場合、モータが1回転している間にホール信号の周期は2回繰り返される。この際、モータの最大速度が1000rpmのとき、モータが1回転するのにかかる時間は約6.0msであり、ホール信号がハイレベル又はローレベルを維持する時間は最大で約1.5msである。即ち、ホール信号がハイレベルを維持する時間が1.5ms以下の場合、インパルス信号と判断してレベルの変化があってもハイレベルを維持すると判断してモータ制御信号を生成することができる。
図4のように、極性の変化によりホール信号のレベルが変わるとき変わった値を安定的に維持する前までインパルス信号が発生する場合、全てのインパルス信号のレベル変化を感知して、モータ制御信号を生成することなく、最初のインパルス信号の発生時変わった極性によるモータ制御信号を出力することができる。
図3と図4を比較すると、ホール信号のハイレベル維持時間を感知することにより、ホール信号に不要なインパルス信号が流入されても、インパルス信号のない場合のモータ制御信号と同じ信号を出力することができる。したがって、モータの駆動効率を高めることができる。
図5は、本発明の実施例によるホール信号とモータ制御信号を示すグラフである。上述したように、ホール信号のハイレベル維持時間と予め設定された時間を比較してインパルス信号であるかを判断し、インパルス信号と判断される場合、ホール信号のレベルが立ち下がってもホール信号がハイレベルを維持すると判断して効率的にモータ制御信号を生成することができる。但し、上記インパルス信号が変わったホール信号の安定化過程で発生するものではなくノイズ信号の場合は逆回転を発生させるモータ制御信号を生成する可能性がある。
よって、ノイズによる逆回転を防止するために、モータ制御信号と基準信号を比較する比較部を含むことができる。基準信号は、図3に示されているように、ホール信号にインパルス信号が印加されない理想的な場合のホール信号のレベルとこれによるモータ制御信号を示すものである。例えば、基準信号は、ホール信号がハイレベルのときは、モータ制御信号POUT1とNOUT2がハイレベル、POUT2とNOUT1がローレベルであり、ホール信号がローレベルのときは、POUT1とNOUT2がローレベル、POUT2とNOUT1がハイレベルであることができる。
case1のように、ホール信号がローレベルを維持している間にノイズ信号が発生すると、上記ノイズ信号をインパルス信号と判断して、ハイレベルからローレベルに立ち下がってもハイレベルを維持すると判断することができる。
インパルス信号によってローレベルを維持すべき区間ではハイレベルに立ち上がり、実際の極性が変わってホール信号のレベルが立ち上がるべき区間ではローレベルに立ち下がる可能性がある。即ち、ホールセンサーで感知する極性の変化によるホール信号はHALL OUTPUTと同じであるべきであるが、case2のように判断される可能性がある。
実際のモータの駆動制御はHALL OUTPUTにより生成されたモータ制御信号に基づくべきであるが、インパルス信号がノイズ信号として流入されると、モータ制御信号はcase2のような信号に基づいて生成される可能性がある。
この際、区間aでモータ制御信号と基準信号を比較することができる。モータ制御信号がHALL OUTPUTにより生成された場合はモータ制御信号と基準信号のレベルが同一であるが、モータ制御信号がcase2により生成された場合はモータ制御信号と基準信号のレベルが反対であると判断されることができる。
比較部で基準信号とモータ制御信号が互いに異なると判断した場合、信号生成部はモータ制御信号を初期化することができる。
以下、本発明の実施例によるモータ制御方法を順次説明する。
図6は、本発明の実施例によるモータ駆動方法を説明するために提供されるフローチャートである。
まず、ホールセンサーで感知する極性の変化により信号のレベルが変わるホール信号を生成する。モータの駆動を制御するモータ制御信号は上記ホール信号のレベル変化を検出(S600)し、レベル変化の検出時、モータ制御信号のレベルを変化させる(S630)。この際、ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、モータ制御信号はホール信号のレベルが立ち下がってもハイレベルを維持すると判断してモータ制御信号のレベルを維持させることができる(S620)。
但し、ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定された時間以下であるがノイズ信号に流入された場合は、モータの逆回転を防止するために、モータ制御信号と基準信号を比較して、モータ制御信号と基準信号が異なると、モータ制御信号を基準信号と同一になるように初期化させることができる(S650、S660)。
即ち、本発明の実施例によると、ホール信号のレベル変化時変わったレベルが安定化するまで発生するインパルス信号を検出してモータ制御信号を効率的に生成し、モータ制御信号と基準信号を比較して上記インパルス信号がノイズに流入されてモータ制御信号が反対に生成されてもフィードバックによってモータ制御信号を基準信号と同じように生成することができる。上記過程により生成されたモータ制御信号は駆動部に印加されてモータを駆動させることができる(S670)。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
110、210 ホールセンサー
120 ホール信号レベル検出部
130 信号生成部
140 比較部
220 制御部

Claims (8)

  1. ホールセンサーからホール信号を検出する検出部と、
    前記ホール信号のレベル変化を感知して前記ホール信号のレベル変化によるモータ制御信号を生成する信号生成部と
    を含み、
    前記信号生成部は、前記ホール信号のハイ(high)レベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、前記ホール信号をハイ(high)レベルに維持すると判断する、モータ制御回路。
  2. 前記予め設定された時間は、モータが最大速度で回転するときに検出される周波数から設定される、請求項1に記載のモータ制御回路。
  3. 前記信号生成部から出力されたモータ制御信号と基準信号を比較した比較値を前記信号生成部に伝達する比較部をさらに含む、請求項1または2に記載のモータ制御回路。
  4. 前記比較部は、前記信号生成部から出力されたモータ制御信号と前記基準信号が異なる場合、前記モータ制御信号が初期化するように比較値を出力する、請求項3に記載のモータ制御回路。
  5. モータ駆動部と、
    請求項1から4の何れか1項に記載のモータ制御回路と
    を含み、
    前記検出部は、前記モータ駆動部に含まれたホールセンサーから極性を感知して生成されたホール信号を検出するモータ制御装置。
  6. ホールセンサーからホール信号を検出する段階と、
    前記ホール信号のレベル変化を感知してモータ制御信号を生成し、前記ホール信号のハイレベル維持時間が予め設定された時間以下の場合、前記ホール信号がハイレベルを維持すると判断してモータ制御信号を生成する段階と、
    前記モータ制御信号によりモータを駆動させる段階と
    を含む、モータ駆動方法。
  7. 前記予め設定された時間は、モータが最大速度で回転するときに検出されるホール信号の周期により設定される、請求項6に記載のモータ駆動方法。
  8. 前記モータ制御信号と基準信号を比較して、前記モータ制御信号と基準信号が互いに異なる場合、前記モータ制御信号を初期化する段階をさらに含む、請求項6または7に記載のモータ駆動方法。
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