JP2014053881A - モータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ソフトスイッチング方式を採用したモータ駆動装置に関する。
【解決手段】本発明は、簡単な回路でソフトスイッチング方式を具現することができるモータ駆動装置に関し、駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される少なくとも二つのトランジスタ部をそれぞれ有し、並列連結された複数のトランジスタ対を備え、上記複数のトランジスタ対は、スイッチング制御信号によってスイッチングしてモータを駆動させる駆動部と、上記複数のトランジスタ対の各トランジスタ部のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を提供する駆動制御部と、を含み、上記トランジスタ対の少なくとも一つのトランジスタ部は、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備えるモータ駆動装置を提案する。
【選択図】図3

Description

本発明は、ソフトスイッチング方式を採用したモータ駆動装置に関する。
最近は、個人、家庭、オフィスなどでの需要により電気機器または電子機器が頻繁に用いられている。
このような機器には、内部に特定の動作を駆動するための駆動回路が採用されることができ、上記機器としてはモータを例に挙げることができる。
一般に、ブラシレス直流モータ(BrushLess DC motor)は、DCモータにおいてブラシ及び整流子など機械的な接触部を使用せず、接触しない位置検出器及び半導体素子を使用して電流を通じさせたり、電流方向を調整させる機能を有する直流(DC)モータを意味する。
このようなブラシレス直流モータを駆動するために、駆動装置を採用することができる。
図1は、一般的なモータ駆動装置の構成図である。
図1を参照すると、一般的なモータ駆動装置10は、制御部11と、駆動部12と、を含むことができる。
制御部11はモータの駆動を制御し、駆動部12は制御部11の駆動信号によって4つのFETがターンオンまたはターンオフされてモータを駆動することができる。
図2は、モータ駆動装置の駆動信号である。
図2を参照すると、制御部11から駆動部12に伝達される駆動信号は、総4種類に区分されることができ、識別符号I、II、III、IVの順に駆動信号が伝達されることができる。
即ち、識別符号Iの駆動信号によって第1PMOS FET(P1)及び第2NMOS FET(N2)がターンオンされ、識別符号IIの駆動信号によって第1PMOS FET(P1)及び第2NMOS FET(N2)はターンオフされ、第2PMOS FET(P2)及び第1NMOS FET(N1)がターンオンされることができる。
また、識別符号IIIの駆動信号によって第2PMOS FET(P2)及び第1NMOS FET(N1)はターンオフされ、第1PMOS FET(P1)及び第2NMOS FET(N2)がターンオンされ、識別符号IVの駆動信号によって第1PMOS FET(P1)及び第2NMOS FET(N2)はターンオフされ、第2PMOS FET(P2)及び第1NMOS FET(N1)がターンオンされることができる。
上記駆動方式において、第1PMOS FET(P1)及び第2PMOS FET(P2)がターンオンされるとき、PWM信号(図2の斜線部分)を発生させてモータの速度を調節することができる。
このようなモータ駆動装置は、下記先行技術文献に記載の発明のようにPWM信号のデューティを順に増加または減少させてモータに流れる電流が順に増加または減少してモータ駆動時に発生する電流サージを低減させるソフトスイッチング方式を採用する。
しかし、このようなソフトスイッチング方式によるスイッチング制御信号を生成すると、その回路構造が複雑化して製造費用が増加し、安定的な動作が困難になるという問題点を有する。
韓国公開特許第10−1997−0055430号公報
本発明の課題は上記した問題点を解決するためのもので、本発明は、簡単な回路でソフトスイッチング方式を具現することができるモータ駆動装置を提案する。
上述した本発明の課題を解決するために、本発明の一つの技術的な側面は、駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される少なくとも二つのトランジスタ部をそれぞれ有し、並列連結された複数のトランジスタ対を備え、上記複数のトランジスタ対は、スイッチング制御信号によってスイッチングしてモータを駆動させる駆動部と、上記複数のトランジスタ対の各トランジスタ部のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を提供する駆動制御部と、を含み、上記トランジスタ対の少なくとも一つのトランジスタ部は、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備えるモータ駆動装置を提案する。
本発明の一つの技術的な側面によると、上記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが異なることができる。
本発明の一つの技術的な側面によると、上記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが同一であることができる。
本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動制御部は、上記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタそれぞれをスイッチングオン/オフさせる複数のスイッチング制御信号を提供することができる。
本発明の一つの技術的な側面によると、上記駆動制御部の複数のスイッチング制御信号は、オン/オフデューティが同一であり、事前に設定された時間間隙で遅延されることができる。
上述した本発明の課題を解決するために、本発明の他の一つの技術的な側面によると、駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結されるPMOSトランジスタ部及びNMOSトランジスタ部をそれぞれ有し、並列連結された複数のトランジスタ対を有し、上記複数のトランジスタ対は、スイッチング制御信号によってスイッチングしてモータを駆動させる駆動部と、上記複数のトランジスタ対の各トランジスタ部のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を提供する駆動制御部と、を含み、上記トランジスタ対のPMOSトランジスタ部及びNMOSトランジスタ部のうち少なくとも一つのトランジスタ部は、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備えるモータ駆動装置を提案する。
本発明の他の一つの技術的な側面によると、上記駆動部は、第1及び第2トランジスタ対を含み、上記第1トランジスタ対は、駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される第1PMOSトランジスタ部及び上記第1PMOSトランジスタ部と接地との間に連結される第1NMOSトランジスタ部を含み、上記第2トランジスタ対は駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される第2PMOSトランジスタ部及び上記第2PMOSトランジスタ部と接地との間に連結される第2NMOSトランジスタ部を含み、上記第1PMOSトランジスタ部と上記第1NMOSトランジスタ部との連結点及び上記第2PMOSトランジスタ部と上記第2NMOSトランジスタ部との連結点は、それぞれモータに連結されることができる。
本発明の他の一つの技術的な側面によると、上記第1PMOSトランジスタ部、上記第1NMOSトランジスタ部、上記第2PMOSトランジスタ部及び上記第2NMOSトランジスタ部のうち少なくとも一つのトランジスタ部は、極性が同一であり、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備えることができる。
本発明の他の一つの技術的な側面によると、上記第1PMOSトランジスタ部及び上記第2NMOSトランジスタ部、または上記第1NMOSトランジスタ部及び上記第2PMOSトランジスタ部のそれぞれは極性が同一であり、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備えることができる。
本発明によると、モータを駆動させるためのトランジスタ部は並列連結された複数のトランジスタで構成され、複数のトランジスタを駆動するためのスイッチング制御信号は同一のデューティを有し、一定間隙で遅延される。これにより、ソフトスイッチング信号を生成するために複雑な回路を採用しないことから、製造費用が低く、動作が安定的になるという効果がある。
一般的なモータ駆動装置の構成図である。 モータ駆動装置の駆動信号である。 本発明のモータ駆動装置を概略的に示す構成図である。 本発明のモータ駆動装置に採用されたNMOSトランジスタ部の拡大図である。 図3に示される本発明のモータ駆動装置を駆動させるスイッチング制御信号のタイミングチャートである。 図5のスイッチング制御信号による電気的特性を示すグラフである。
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。
以下では、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図3は、本発明のモータ駆動装置を概略的に示す構成図である。
図3を参照すると、本発明のモータ駆動装置100は、駆動制御部110と、駆動部120と、を含むことができる。
駆動制御部110は、駆動部120の駆動を制御するためのスイッチング制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2を提供することができる。
駆動部120は、駆動制御部110のスイッチング制御信号によってスイッチングオン/オフするトランジスタを備えることができ、上記トランジスタのスイッチングオン/オフによってモータが駆動されることができる。
より詳細には、駆動部120は2つのトランジスタ対を有することができ、トランジスタ対のそれぞれは2つのトランジスタを含むことができる。即ち、駆動部120は総4つのトランジスタ部を備えることができる。上記4つのトランジスタ部は、二つのPMOS(metal oxide semiconductor)トランジスタ部121、122と、二つのNMOSトランジスタ部123、124と、を含むことができる。
第1PMOSトランジスタ部121は電源(VDD)が供給される電源供給端と接地との間に電気的に連結されることができ、第1NMOSトランジスタ部123は第1PMOSトランジスタ部121と接地との間に電気的に連結されることができる。
第2PMOSトランジスタ部122は上記電源供給端に第1PMOSトランジスタ部121と並列連結され、上記電源供給端と接地との間に電気的に連結されることができる。また、第2NMOSトランジスタ部124は第2PMOSトランジスタ部122と接地との間に電気的に連結されることができる。
さらに、第1PMOSトランジスタ部121と第1NMOSトランジスタ部123との連結点及び第2PMOSトランジスタ部122と第2NMOSトランジスタ部124との連結点にはモータMが連結されることで、第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124、第2PMOSトランジスタ部122及び第1NMOSトランジスタ部123のスイッチング動作によりモータが駆動されることができる。
モータ駆動動作について簡略に説明すると、駆動制御部110からのスイッチング制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2によって第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124、第2PMOSトランジスタ部122及び第1NMOSトランジスタ部123が交互にターンオン/ターンオフされることができる。
即ち、駆動制御部110からのスイッチング制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2によって第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124はターンオフされ、第2PMOSトランジスタ部122及び第1NMOSトランジスタ部123がターンオンされることができる。また、駆動制御部110からのスイッチング制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2によって第2PMOSトランジスタ部122及び第1NMOSトランジスタ部123はターンオフし、第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124がターンオンされることができる。
また、駆動制御部110からのスイッチング制御信号POUT1、POUT2、NOUT1、NOUT2にはPWM情報が含まれることができ、PWM情報のオン/オフデューティによってモータMの速度を調節することができる。
このとき、モータに急激な電流が流れてモータ駆動時に電流サージが発生する恐れがある。これを防止するために、PWM信号のデューティを順に増加または減少させてモータに流れる電流が順に増加または減少するソフトスイッチング方式を採用することができる。
しかし、このようなソフトスイッチング方式によるスイッチング制御信号を生成すると、その回路構造が複雑化して製造費用が増加し、安定的な動作が困難になるという問題点がある。
これを解決するために、本発明によるモータ駆動装置100の駆動部120は、第1PMOSトランジスタ部121、第1NMOSトランジスタ部123、第2PMOSトランジスタ部122及び第2NMOSトランジスタ部124のうち少なくとも一つのトランジスタ部が並列連結された複数のトランジスタ構造を含むことができる。
上記複数のトランジスタは該当するトランジスタ部の極性と同一であることができる。例えば、図3に示されているように、第1PMOSトランジスタ部121が複数のトランジスタを含む場合、第1からNのPMOSトランジスタ121a〜121nを含むことができる。
第1からNのPMOSトランジスタ121a〜121nは、駆動制御部110からスイッチング制御信号Pout1を受けてスイッチングオン/オフ動作することができる。このとき、駆動制御部110からのスイッチング制御信号Pout1は、第1からNのPMOSトランジスタ121a〜121nそれぞれをスイッチングオン/オフさせる複数のスイッチング制御信号Pout1a〜Pout1nであることができる。
図4は、本発明のモータ駆動装置に採用されたNMOSトランジスタ部の拡大図である。
図3と共に、図4を参照すると、本発明によるモータ駆動装置100の駆動部120は、第1PMOSトランジスタ部121、第1NMOSトランジスタ部123、第2PMOSトランジスタ部122及び第2NMOSトランジスタ部124のうち少なくとも一つのトランジスタ部が並列連結された複数のトランジスタ構造を含むことができる。また、NMOSトランジスタ部123、124も図3に示される第1PMOSトランジスタ部121と同様に複数のトランジスタ構造を含むことができる。例えば、第1NMOSトランジスタ部123の場合、第1からNのNMOSトランジスタ123a〜123nを含むことができる。
上記の通り、第1からNのNMOSトランジスタ123a〜123nは、駆動制御部110からスイッチング制御信号Nout1を受けてスイッチングオン/オフ動作することができる。このとき、駆動制御部110からのスイッチング制御信号Pout1は、第1からNのNMOSトランジスタ123a〜123nそれぞれをスイッチングオン/オフさせる複数のスイッチング制御信号Nout1a〜Nout1nであることができる。
図示されてはいないが、モータ駆動時に第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124、第1NMOSトランジスタ部123及び第2PMOSトランジスタ部122が共に駆動されることができるため、第1PMOSトランジスタ部121及び第2NMOSトランジスタ部124がそれぞれ並列連結された複数のトランジスタ構造を含むことができ、第1NMOSトランジスタ部123及び第2PMOSトランジスタ部122がそれぞれ並列連結された複数のトランジスタ構造を含むこともできる。
図5は、図3に示される本発明によるモータ駆動装置を駆動させるスイッチング制御信号のタイミングチャートであり、図6は、図5のスイッチング制御信号による電気的特性を示すグラフである。
図3及び図4と共に、図5を参照すると、トランジスタ部121、122、123、124の複数のトランジスタをスイッチングオン/オフさせるスイッチング制御信号は、オン/オフデューティが同一であり、事前に設定された時間間隙で遅延されることができる。即ち、一つのスイッチング制御信号を生成した後、これを事前に設定された時間間隙で遅延させて複数のトランジスタに提供することで、簡単な回路構造でソフトスイッチング方式を具現することができる。
例えば、図5に示されているように、第1PMOSトランジスタ部121が第1から第4PMOSトランジスタ121a、121b、121c、121dを含む場合、第1から第4PMOSトランジスタそれぞれをスイッチング制御する第1から第4スイッチング制御信号はPout1a、Pout1b、Pout1c、Pout1dが駆動制御部110から提供されることができ、一つのスイッチング制御信号を基準に事前に設定された時間間隙で遅延させて第1から第4スイッチング制御信号が提供されると、第1から第4PMOSトランジスタ121a、121b、121c、121dが順にスイッチングオン動作される。これにより、図6に示されているように、モータに流れる電流が次第に増加し、第1から第4PMOSトランジスタ121a、121b、121c、121dが全てスイッチングオンされる区間では(識別符号a)モータに流れる電流が最大に維持され(識別符号b)、その後、第1から第4PMOSトランジスタ121a、121b、121c、121dが順にスイッチングオフ動作されてモータに流れる電流が次第に減少するソフトスイッチング動作が具現されることができる。なお、上記では、2つのトランジスタ部を含んだトランジスタ対が2つ並列連結される実施形態を例示したが、トランジスタ部を3つ以上含んだトランジスタ群が並列連結されてもよく、並列連結されるトランジスタ群は3つ以上であってよい。
上記の通り、本発明によると、モータを駆動させるためのトランジスタ部は並列連結された複数のトランジスタで構成され、複数のトランジスタを駆動するためのスイッチング制御信号は同一のデューティを有し、一定間隙で遅延される。これにより、ソフトスイッチング信号を生成するために複雑な回路を採用する必要がないことから、製造費用が低く、動作が安定的になるという効果がある。
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。
100 モータ駆動装置
110 駆動制御部
120 駆動部
121 第1PMOSトランジスタ部
122 第2PMOSトランジスタ部
123 第1NMOSトランジスタ部
124 第2NMOSトランジスタ部
121a〜121n 複数のPMOSトランジスタ
123a〜123n 複数のNMOSトランジスタ

Claims (13)

  1. 駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される少なくとも二つのトランジスタ部をそれぞれ有し、並列連結された複数のトランジスタ群を備え、前記複数のトランジスタ群が、スイッチング制御信号によってスイッチングしてモータを駆動させる駆動部と、
    前記複数のトランジスタ群の各トランジスタ部のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を提供する駆動制御部と
    を含み、
    前記複数のトランジスタ群のうちの少なくとも一つが有する少なくとも一つのトランジスタ部は、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備える、モータ駆動装置。
  2. 前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが異なる、請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが同一である、請求項1に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記駆動制御部は、
    前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタそれぞれをスイッチングオン/オフさせる複数のスイッチング制御信号を提供する、請求項1から3の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記駆動制御部の複数のスイッチング制御信号は、オン/オフデューティが同一であり、事前に設定された時間間隙で遅延される、請求項4に記載のモータ駆動装置。
  6. 駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結されるPMOSトランジスタ部及びNMOSトランジスタ部をそれぞれ有し、並列連結された複数のトランジスタ対を備え、前記複数のトランジスタ対が、スイッチング制御信号によってスイッチングしてモータを駆動させる駆動部と、
    前記複数のトランジスタ対の各トランジスタ部のスイッチングを制御するスイッチング制御信号を提供する駆動制御部と
    を含み、
    前記複数のトランジスタ対のうちの少なくとも一つのPMOSトランジスタ部及びNMOSトランジスタ部のうち少なくとも一つは、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる複数のトランジスタを備える、モータ駆動装置。
  7. 前記駆動部は、第1トランジスタ対及び第2トランジスタ対を含み、
    前記第1トランジスタ対は、駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される第1PMOSトランジスタ部及び前記第1PMOSトランジスタ部と接地との間に連結される第1NMOSトランジスタ部を含み、
    前記第2トランジスタ対は駆動電源を供給する駆動電源端と接地との間に連結される第2PMOSトランジスタ部及び前記第2PMOSトランジスタ部と接地との間に連結される第2NMOSトランジスタ部を含み、
    前記第1PMOSトランジスタ部と前記第1NMOSトランジスタ部との連結点及び前記第2PMOSトランジスタ部と前記第2NMOSトランジスタ部との連結点は、それぞれモータに連結される、請求項6に記載のモータ駆動装置。
  8. 前記第1PMOSトランジスタ部、前記第1NMOSトランジスタ部、前記第2PMOSトランジスタ部及び前記第2NMOSトランジスタ部のうち少なくとも一つは、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる極性が同一な複数のトランジスタを備える、請求項7に記載のモータ駆動装置。
  9. 前記第1PMOSトランジスタ部及び前記第2NMOSトランジスタ部、または前記第1NMOSトランジスタ部及び前記第2PMOSトランジスタ部のそれぞれは、並列連結されて事前に設定された順序にスイッチングオン/オフされる極性が同一な複数のトランジスタを備える、請求項8に記載のモータ駆動装置。
  10. 前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが異なる、請求項6から9の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  11. 前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタは、サイズが同一である、請求項6から10の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  12. 前記駆動制御部は、
    前記少なくとも一つのトランジスタ部の複数のトランジスタそれぞれをスイッチングオン/オフさせる複数のスイッチング制御信号を提供する、請求項6から11の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  13. 前記駆動制御部の複数のスイッチング制御信号は、オン/オフデューティが同一であり、事前に設定された時間間隙で遅延される、請求項12に記載のモータ駆動装置。
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