KR100240887B1 - 직류 서보 모터 구동회로 및 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류모터의기능 부조, 구동회로의 결함조건 및 공급 전력의 결함을 탐지하는 직류 서보모터 구동의 감시 및 안전회로에 있어서, 릴레이 직ㅂ적소자와 모터 구동회로의 감시회로가 동시에 감시기능을 수행하여 모터 구동부의 안전을 이중으로 보장할 수 있도록 한 직류 서보모터의 구동회로 및 구동방법에 관한 것으로, 마이크로 콘트롤러(1)와 릴레이 집적소자(3)의 감시기능이 동시에 이루어지도록 구성하거나, 마이크로 콘트롤러(1)와 릴레이 집적소자(3)중 어느 하나가 이상일 경우 다른 하나가 독립적으로 감사기능을 수행할 수 있도록 구성하여서 이루어진다.

Description

직류 서보 모터 구동회로 및 구동방법
본 발명은 직류서보모터에 관한 것으로, 특히 직류모터의 기능 부조, 구동회로의 결함조건 및 공급 전력의 결함을 탐지하는 직류 서보모터 구동의 감시 및 안전회로에 있어서, 릴레이 집적소자와 모터 구동회로의 감시회로가 동시에 감시기능을 수행하여 모터 구동부의 안전을 이중으로 보장할 수 있도록 한 직류 서보모터의 구동회로 및 구동방법에 관한 것이다.
일반적으로 구동력 제어시스템의 전자 제어 드로틀은 직류 서보모터에 의하여 직접 작동된다.
드로틀 밸브의 개폐에 따라서 차량이 가감속되므로, 드로틀 밸브 전자 제어의 안전성은 차량의 운행 및 운전자의 안전에 직접 관련된다.
본 발명은 전자 제어기의 공급 전원이 불안정하거나 직류모터 내부의 단선 및 단락과 같은 기능부조, 혹은 모터의 과전류 상태를 탐지시에 구동력 제어 시스템의 전자 제어기가 직류모터 구동부의 공급 전력을 차단함으로써 드로틀 밸브의 오동작을 방지하여 차량 및 운전자의 안전을 보장할 수 있도록 한 직류 서보 모터의 구동회로 및 구동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로 콘트롤러와 릴레이집적소자의 감시기능이 동시에 이루어지도록 구성하거나, 마이크로 콘트롤러와 릴레이 집적소자중 어느 하나가 이상일 경우 다른 하나가 독릭적으로 감시기능을 수행할 수 있도록 구성하여서 이루어짐을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 직류서보모터의 구동회로도.
제2도는 본 발명의 전류측정회로의 상세도.
제3도는 본 발명의 지연회로의 상세도.
제4도는 본 발명의 동작흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 마이크로 콘트롤러 2 : 앤드게이트
3 : 릴레이집적소자 4 : 제1여수회로
5 : 제1지연회로 6 : 제2지연회로
7 : 제1드라이브회로 8 : 제1전류측정회로
9 : 제2전류측정회로 10 : 제2여수회로
11 : 제3지연회로 12 : 제4지연회로
13 : 제2드라이브회로 M : 모터
T1-T4 : 모스패트 R1-R3, R10-R16, R30 : 저항
OP1-OP3 : 오피앰프 D30 : 다이오드
C30 : 커패시터
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 직류 서보모터의 구동회로 및 안전회로를 나타낸 것으로, 각부를 제어하는 마이크로 컴퓨터(1)의 출력과 진단신호를 논리곱시키는 앤드게이트(2)와, 상기 앤드게이트(2)의 출력을 입력받아 스위칭제어되는 릴레이 집적소자(3)와, 상기 릴레이 집적소자(3)의 출력단에 저항(R1)을 매개하여 접속되며 직류모터(M)의 구동을 제어하는 풀 브릿지 섹션(full bridge section)으로 구성된 제1내지 제4모스패트 (T1-T4)와, 상기 제2, 제4 모스패트(T2)(T4)의 드레인측에 공통접속된 저항(R2)과, 상기 마이컴(1)으로부터의 PWM신호를 입력받아 고논리 수준을 저논리 수준으로, 반면 저논리 수준을 고논리 수준으로 변환시키는 제1여수( LOGIC COMPLEMENT)회로(4)와, 상기 제1여수회로(4)의 출력을 일정시간 지연시키는 제1지연회로(5)와, 상기 마이컴(1)의 PWM신호를 일정시간 지연시킨 후 제2모스패트(T2)에 입력시키는 제2지연회로(6)와, 상기 제1지연회로(5)를 통하여 지연된 신호를 입력받아 상기 제1모스패트(T1 )를 드라이브시키는 차아지 펌프(charge pump)회로가 내장된 제1드라이브 회로(7)와, 상단측(top-side) 전류측정 회로로서 저항(R1)을 이용하여 모스패트 (T1-T4)에 들어가는 전류를 측정하는 제1전류측정회로(8)와, 하단측(bottom-side)전류측정 회로로서 저항(R2)을 이용하여 제1내지 제4모스패트(T1-T4)로 부터 나오는 전류를 측정하는 제2전류측정회로(9)와, 상기 마이컴(1)으로부터 모터의 회전방향 신호를 입력받아 고논리 수준을 저논리 수준으로, 반면 저논리 수준을 고논리 수준으로 변환시키는 제2여수회로(10)와, 상기 제2여수회로(10)의 출력을 소정시간 지연시키는 제3지연회로(11)와, 상기 마이컴(1)의 모터 회전방향신호를 일정시간 지연시킨후 제4모스패트(T4)의 게이트로 입력시키는 제4지연회로(12)와, 상기 제3지연회로 (11)를 통하여 지연된 신호와 제1전류측정회로(8)의 일입력및 모터(M)의 일측신호가 입력되어 상기 제3모스패트(T3)를 드라이브시키는 제2드라이브회로(13)로 구성된 것이다.
단, 상기 앤드게이트(2)는 안전 소자로서 공급전원 및 구동회로상의 결함조건을 탐지시에, 릴레이 집적소자(1)를 비작동시켜 제1내지 제4모스패트(T1-T4)에 공급되는 전력을 차단한다.
또한, 상기 릴레이 집적소자(3)는 제1내지 제4모스패트(T1-T4)에 축전지 전력(Vbatt)을 공급한다.
제2도는 상기 제1도는 제1, 제2전류측정회로(8)(9)의 상세도로, 저항(R1)의 양단에 제1, 제2오피앰프(OP1)(OP2)의 비반전단자(+)가 접속되고, 반전단자(-)에는 저항(R10-R12)이 접속되며, 상기 오피앰프(OP1)(OP2)의 출력단에 저항(R13) (R14)을 통하여 제3오피앰프(OP3)가 잡속되어서 구성된 것으로, 도면중 미설명 부호 R15, R16은 저항이다.
제3도는와 같제1도의 제1내지 제4지연회로(5)(6)(11)(12)의 상세회로도로, 입력단과 출력단사이에 다이오드(D30)와 저항(R30) 및 커패시터(C30)를 접속하여 구성된 것이다.
이와 같이 집성된 본 발명은 먼저, 앤드게이트(2)는 안전회로로서 작동하며, 제1전류측정 회로(8) 및 제2전류측정 회로(9)는 감시회로로서 작동하여 직류모터의 기능 부조, 구동회로의 결함 조건 및 공급전류의 결함을 탐지시에 마이크로콘트롤러(1)가 제1내지 제4모스패트(T1-T4)에 공급되는 전력을 차단하기 때문에 직류모터(M)가 작동되지 않는다.
릴레이 잡적소자(3)의 전원입력단자(VCC)에 측전지 전압이 연결된 상태에서 입력단자(IN)가 하이일 때 출력단자(OUT)가 온되어 전원입력단자(Vcc)에 입력되는 축전지 전압이 그대로 출력단자(OUT)로 출력되며, 상기와 반대로 입력단자(IN)가 로우일 때에는 출력단자(OUT)는 오프된다.
그리고 개방 드레인 출력단자(MON)는 진단 작용을 하여, 릴레이 집적소자(3)가 정상작동중일 때 진단단자(MON)는 하이상태가 된다.
그러나, 입력단자(IN)에 입력되는 전압이 저전압 혹은 고전압인 결함조건을 나타내거나, 출력단자(OUT)에 연결된 부호가 단락되어 과전류가 흘러서 릴레이 집적소자(3)가 고온상태로 되거나 출력단자(OUT)에 연결된 부하가 개방되었을 때와 같은 결함조건을 탐지시에는 진단단자(MON)의 신호가 로우상태로 된다.
마이크로콘트롤러(1)의 출력단자(EN)가 로우일 때 혹은 릴레이 집적소자(3)의 진단핀(MON)이 로우일 때, 안전소자(2)는 로우신호를 출력하여 풀 브릿지 섹션(full bridge section)인 제1내지 제4모스패트(T1-T4)에 공급되는 전력을 차단한다.
즉, 릴레이 집적소자(3)가 전원부나 구동부의 결함조건을 탐지할때 혹은 마이크로콘트롤러(1)의 비활동 신호에 의하여 직류모터(M)가 작동되지 않는다.
제1전류측정 회로(8)는 저항(R1)을 통하여 제1내지 제4모스패트(T1-T4)로 입력되는 전류를 전압신호로 변환하여 측정한다.
여기서, 직류모터(M)의 동작에 아무런 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 저항(R1)은 직류모터(M)의 임피던스에 비하여 매우 작아야하므로 저항(R1) 양단의 전압 강하는 매우 작은 신호이다.
제2도는 전류측정 회로의 상세도로, 저항(R1)양단의 미세한 전압강하 VA-VB가, 저항(R10-R16)의 함수로 주어지는, 증폭계수 kt로 증폭된 전압신호(VmonT)가 된다.
VmonT=Kt(VA-VB)--------------------------(식1)
따라서, 제1내지 제4모스패트(T1-T4)로 들어가는 전류 ITOP은 다음과 같이 계산된다.
ITOP=VmonT/(Kt*R1)-------------------------(식2)
제2도의 전류측정 회로는 입력단에서 고임피던스의 효과가 있으며, 출력단에서 VA와VB에 공통인 노이즈 신호를 제거한 순수 차동신호 VA-VB만을 증폭하는 특성을 갖는다.
제2전류측정 회로(9)는 저항(R2)을 통하여 제2및 제4모스패트(T2)(T4)로 부터 나오는 전류 IBORROM을 전압신호 VmonB로 변환하여 측정한다.
상술한 상단의 저항(R1)과 같은 이유로 저항(R2)이 매우 작으므로 도 2와 같은 신호증폭 회로를 이용하여 전류 IBORROM은 다음과 같이 측정된다.
IBORROM=VmonB/ (KbR2)------------------(식3)
여기서, Kb는 제2전류측정 회로(9)의 증폭계수로서 저항(R10-R16)의 함수로 주어진다.
제3도와 같은 제1내지 제4지연회로(6)(8)(10)(12)는 저항(R30)과 커패시터 (C30)가 저역 필터로 작용하여, 입력이 하이일 때 출력은 저역 필터의 시정수에 비례하여 조성 시간 지연되어 하이신호를 출력된다.
입력이 로우로 변하면 커패시터(C30)에 충전된 전하가 고속 스위칭 다이오드 (D30)를 통하여 순간적으로 방전되므로 출력은 시간 지연이 거의 없이 로우가 된다.
제1내지 제4모스패트(T1-T4)의 좌측 절반인 제1, 제2모스패트(T1, T2)에 제1여수회로(7)와 관련하여 Vpwm 신호가 입력되고 우측 절반인 제3, 제4모스패트 (T3, T4)에 제2여수회로(11)와 관련하여 Vdir 신호가 입력되어 제1내지 제4모스패트 (T1-T4)는 부호 크기(sign/magnitude)방식으로 제어된다.
즉, 모터(M)가 정방향으로 회전해야 할 경우는, 제1모스패트(T1)와 제4모스패트(T4)가 온되며 이때 전류는 제1모스패트(T1)→모터(M)→제4모스패트(T4)를 통하여 접지로 흐른다.
한편, 모터(M)가 역방향으로 회전해야 할 경우는, 제2모스패트(T2)와 제3모스패트(T3)가 온되며 이때 전류는 제3모스패트(T3)→모터(M)→제2모스패트(T2)를 통하여 접지로 흐른다.
이때, 제1내지 제4지연회로(6)(8)(10)(12)에 의해 하프-브릿지 슈트-쓰루 (half-bridge shoot-through)가 방지된다.
마이크로콘트롤러(1)는 직류 서보모터(M)의 위치제어 기능과 모터구동 회로의 감시기능을 수행한다.
직류 서보모터(M)의 위치를 제어하기 위하여 가변 구형파 진폭과 모터회전방향을 연산하며, 가변구형파 진폭은 단자(PWM)를 통하여 출력하고, 모터 회전 방향은 단자(DIR)를 통하여 출력한다.
구동 회로의 감시기능을 수행하기 위햐여, 마이크로콘트롤러(1)는 아날로그 디지탈 변조를 통하여 제1내지 제4모스패트(T1-T4)의 상단 전류 ITOP과 하단 전류 IBORROM을 측정한다.
즉, 단자(AD1)를 통하여 전압 신호 VmonT를 입력받고, 단자(AD2)를 통하여는 전압 신호 VmonB를 압력받아, 상기 식 (2) 및 (3)을 적용하여 상단 전류TOP과 하단 전류 IBORROM을 계산한다.
단자(EN)는 진단 작용을 하며, 마이크로콘트롤러(1)는 작동 시작시 안전소자 (2)의 일측 입력단자에 하이신호를 출력한다.
제4도는 마이크로콘트롤러(1)의 매 계산 루프마다의구동 회로 감시기능 순서도를 나타낸 것으로, 먼저 상단 전류(TOP)가 0인지 여부를 판정 (S1)하며, 0일 경우 EN 표지를 0으로 하여 앤드게이트(2)의 출력을로우로 하며, 이때 릴레이 집적소자(3)는 오프되어, 제1내지 제4모스패트(T1-T4)의 전원공급이 차단된다(S2).
그리고, 무부하 혹은 모터코일 개방 표지를 1로하여 감시 기능을 종료한다(S3).
만일, 제1,제3모스패트(T1((T3) 상단에 전류가 흘러 상단전류(ITOP)가 0이 아닐 경우 상단전류(ITOP)가 과전류 기준치(Io)보다 큰가를 판단한다(S4).
여기서, 상단전류(ITOP)가 과전류 기준치(Io)보다 작을 경우 모터(M)가 정상적으로 작동함을 나타내므로 감시기능을 종료하지만, 상단전류(ITOP)가 과전류 기준치 (Io)보다 클 경우 모터(M)에서 단락이 발생하였음을 나타내므로, EN표지를 0으로 하여 앤드게이트(2)의 출력을 로우로 한다(S5).
따라서, 릴레이 잡적소자(3)가 오프되어 제1내지 제4모스패트(T1-T4)로 인가되는 전원공급을 차단하므로 모스패트(T1-T4)의 파손을 방지한다.
또한, 상단 전류＞ 하단전류를 비교(S6)하여 하단전류 (IBORROM)가 상단전류 (ITOP)보다 작은 경우 모터 내부에서 단선된 코일이 모터 덮개에 단략된 표지를 1로하여 감시 기능을종료하고(S7). 하단전류=상단전류일 경우 모터 코일이 단락된 표지를 1로하여 감시 기능을 종료한다(S8).
여기서, 상기 EN 표지가 0으로되는 순간에, 마이크로콘트롤러(1)의 진단단자 (EN)가 로우로 되므로 앤드케이드(2)가 동작되어 제1내지 제4모스패트 (T1-T4)로의 전원공급을 즉시 차단한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은, 직류모터의 내부 코일이 단락 또는 단선된 경우, 두가지 방법 즉, 첫째는 모터 코일이 단락시 릴레이 집적소자(3)에 내장된 감시회로가 과전류로 인하여 발생되는 과열을 탐지하여 자체적으로 공급전력을 차단하므으로써 앤드게이트(2)를 오프시켜 제1내지 제4모스패트(T1-T4)의 전력을 즉시 차단할 수 있으며, 둘째는 제1, 제2전류측정회로(8),(9)를 통하여 마이크로콘트롤러(1)가 과전류 상태를 탐지하여공급 전력을 차단함과 아울러 단선과 단락의구분이 가능하며, 더욱이 모터 덮개에 단락되었는지 코일이 직접 단락되었는지를 판정할 수 있는 효과가 있다.
또한 릴레이 집적소자(3)와 마이크로콘트롤러(1)가 동시에 감시 기능을 수행하므로 구동부의 안전이 배가될 수 있는 것으로, 릴레이 집적소자(3)의 감시기능이 결함을 보일 때는 마이크로콘트롤러(1)가 독립적으로 감시 기능을 수행할 수 있으며, 반면에 마이크로콘트롤러(1)의 감시 기능에 결함이 있을 때는 릴레이 집적소자(3)가 독립적으로 감시 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 각부를 제어하는 마이크로 컴퓨터(1)의 출력과 진단신호를 논리곱시키는 앤드게이트(2)와, 상기 앤드게이트(2)의 출력을 입력받아 스위칭제어되는 릴레이 집적소자 (3)와, 상기 릴레이 집적소자(3)의 출력단에 저항(R1)을 매개하여 접속되며 직류모터 (M)의 구동을 제어하는 제1내지 제4모스패트(T1-T4)와, 상기 제2, 제4 모스패트 (T1)(T4)의 드레인측에 공통접속된 저항(R2)과, 상기 마이컴(1)으로부터의 가변구형파신호를 입력받아 고논리 수준을 저논리 수준으로, 반면 저논리 수준을 고논리 수준으로 변환시키는 제1여수회로(4)와, 상기 제1여수회로(4)의 출력을 일정시간 지연시키는 제1지연회로(5)와, 상기 마이컴(1)의 신호를 일정시간 지연시킨 후 제2모스패트 (T2)에 입력시키는 제2지연회로(6)와, 상기 제1지연회로(5)르 통하여 지연된 신호를 입력받아 상기 제1모스패트(T1 )를 드라이브시키는 제1드라이브 회로(7)와, 상단측 전류측정회로로서 저항(R1)을 이용하여 모스패트(T1-T4)에 들어가는 전류를 측정하는 제1전류측정회로(8)와, 하단측 전류측정 회로로 저항(R2)을 이용하여 제2및 제4모스패트(T2)(T4)로부터 나오는 전류를 측정하는 제2전류측정회로(9)와, 상기 마이컴 (1)으로부터 모터의 회전방향 신호를 입력받아 고논리 수준을 저논리 수준으로, 반면 저논리 수준을 고논리 수준으로 변환시키는 제2여수회로(10)와, 상기 제2여수회로 (10)의 출력을 소정시간 지연시키는 제3지연회로(11)와, 상기 마이컴(1)의 모터 회전방향신호를 일정시간 지연시킨후 제4모스패트(T4)의 게이트로 입력시키는 제4지연회로(12)와, 상기 제3지연회로(11)를 통하여 지연된 신호와 제1전류측정회로(8)의 일입력및 모터(M)의 일측신호가 입력되어 상기 제3모스패트(T3)를 드라이브시키는 제2드라이브회로(13)로 구성된 것을 특징으로하는 직류 서보 모터 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1,제2전류측정회로(8),(9)가, 저항(R1)의 양단에 제1,제2오피앰프(OP1)(OP2)의 비반전단자(+)가 접속되고, 반전단자(-)에는 저항 (R10-R12)이 접속되며, 상기 오피앰프(OP1)(OP2)의 출력단에 저항(R13)(R14)을 통하여 제3오피앰프(OP3)가 잡속되어서 구성된 것을 특징으로하는 직류 서보 모터 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1내지 제4지연회로(5)(6)(11)(12)가, 입력단과 출력단에 캐소우드가 접속되고 출력단에 애노우드가 접속된 다이오드(D30)와 상기 다이오드(D30)와 병력접속된 저항(R30)과, 다이오드(D30)와 저항(R30)의 일측 공통접점에 접속된 커패시터(C30)를 포함하여 구성된 것을 특징으로하는 직류 서보 모터 구동회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 콘드롤러(1)와 릴레이 집적소자(3)의 감시기능이 동시에 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 직류서보 모터 구동회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 콘트롤러(1)와 릴레이 집적소자(3)중 어느 하나가 이상일 경우 다른 하나가 독립적으로 감사기능을 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 직류서보 모터 구동회로.
  6. 상단전류(TOP)가 0인지 여부를 판정하여 0일 경우 EN 표지를 0으로 하고 무부하 혹은 모터코일 개방 표지를 1로하여 감시 기능을 종료하는 단계와, 상기에서 상단전류(ITOP)가 0이 아닐 경우 상단전류(ITOP) ＞ 과전류 기준치(Io)인가를 판단햐여 상단전류(ITOP)가 과전류 기준치(Io)보다 작을 경우 감시기능을 종료하는 단계와, 상단전류(ITOP) ＞ 과전류 기준치(Io)보다 클 경우 EN표지를 0으로 하는 단계와, 상단 전류(ITOP) ＞ 하단전류(IBORROM)를 비교하여 하단전류(IBORROM)가 상단전류(ITOP)보다 작은 경우 모터 내부에서 단선된 코일이 모터 덮개에 단략된 표지를 1로하여 감시 기능을종료하고, 상단전류(ITOP) = 하단전류(IBORROM)일 경우 모터 코일이 단락된 표지를 1로하여 감시 기능을 종료하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 직류서보모터 구동방법.
KR1019970012413A 1997-04-03 1997-04-03 직류 서보 모터 구동회로 및 구동방법 KR100240887B1 (ko)

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