KR100404782B1 - 모터구동방법및그것을사용한전기기기 - Google Patents

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Abstract

모터의 구동방법에 관한 것으로서, 특히 OA기기 등 전기기기에 사용되는 소형이고 고정밀도인 브러쉬리스모터의 고효율이고 고신뢰성인 구동을 저코스트로 가능하게 하는 구동방법에 관한 것으로서, 센서리스의 브러쉬리스 모터구동회로에 있어서 출력전류에서 발생하는 전자노이즈를 억제하기 위해 V상의 상부암 트랜지스터의 전류경로를 형성시키는 제어신호VP의 공급개시후에도 W상의 하부암 트랜지스터의 전류경로를 형성시키는 제어신호WN을 공급함과 동시에 U상의 상부암 트랜지스터의 전류경로의 차단, 형성 및 재차단시키는 제어신호UP를 공급한다. 이러한 것에 의해 각 상의 출력전류의 변화가 완만하게 되어 센서리스의 브러쉬리스모터의 노이즈가 저감된다는 효과가 있다.

Description

모터구동방법 및 그것을 사용한 전기기기{MOTOR DRIVE METHOD AND ELECTRICAL MACHINERY AND APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 모터의 구동방법에 관한 것으로서, 특히 OA기기 등 전기기기에 사용되는 소형이고 고정밀도인 브러쉬리스모터의 고효율이고 고신뢰성인 구동을 저코스트로 가능하게 하는 구동방법에 관한 것이다. 중전기기에서 자동차, 가전품, OA기기 등, 우리들의 일상의 많은 용도에 다종다양의 모터가 사용되고 있다. 그 구동방법도 모터의 종류와 사용목적에 따라 여러가지이다. 그 중에서도 퍼스널컴퓨터의 외부기억장치인 하드디스크 드라이브(이하, HDD라 한다)의 디스크회전용에는 구동회로가 비교적 간단하고 장시간 구동시의 신뢰성이 높은 직류 브러쉬리스모터(특히 스핀들모터라 한다)가 널리 사용되고 있다. 또, 최근에는 HDD의 소형, 박형화의 요구로부터 모터의 회전자(로터)의 위치검출용 센서를 삭제하고, 모터에서 발생하는 유기전압을 검출하는 것에 의해 회전위치를 판단하는 센서리스형의 사용이 많아지고 있다. 그 모터구동방법의 1예로서 일본국 특허공개 공보 평성5-161387에 기재된 방법을 들 수 있다. 상기 공보에 기재된 방법에서는 각 구동권선에 인가되는 전압레벨은 전기각이 0- 120도에 정, 120- 180도에 0, 180- 300도에 부, 300∼360도에 0으로 설정되어 있고, 전압레벨이 0인 기간에 역기전압을 검출하고 있다.

또, 일본국 특허공개 공보 평성5-137384에는 토오크로의 기여률이 높은 것,즉 3상모터의 상전환시에 상전류가 일시적으로 적어지는 것을 방지하기 위해 각 상의 트랜지스터를 120도보다 길게 통전하고 있는 발명이 개시되고 있다.

한편, NEC Res. & Develop., Vol. 32, No. 3, pp. 368-378, July 1991에는 3상 구형파의 펄스폭변조(PWM)신호에 의해 HDD용 스핀들모터를 구동하는 드라이버 집적회로에 대한 기재가 있고, 6개의 n채널 파워 MOSFET에 의한 3상 브리지회로, 그 구동전환을 제어하는 위상 제너레이터, 3상 전환의 타이밍을 설정하는 셀렉터, 모터코일에서 발생한 유기 전압을 검출하는 검출회로, 위상제어용 에러전압과 출력센스전압의 비교에 의해 PWM전압의 duty를 설정하는 PWM회로 등이 개시되어 있다. 또, 본 집적회로에는 각 출력단자에 저항과 용량에 의한 스너버회로가 외부에 부착되어 있고, 모터 구동시에 출력에 의해 발생하는 전기적노이즈를 흡수하도록 하고 있다. 이 집적회로의 동작은 유기전압 검출회로에 있어서 각 상의 출력전압과 3상 코일의 중간점의 전위의 차를 제거해서 모터에서 발생하는 유기전압을 검출하고, 그 검출전압에서 브리지회로구동을 위한 타이밍을 셀렉터에 있어서 작성한다는 것이다. 그 때, 브리지회로에 접속한 전류검출저항으로부터의 센스전압과 목표회전수에 대응한 에러전압의 차를 제거해서 100kHz 정도의 삼각파전압과의 비교에 의해 PWM신호의 duty가 결정된다. 또, 셀렉터로부터의 정보에 의해 위상 제너레이터에 있어서 구동전압이 작성되고, 3상 브리지회로의 상부암용 트랜지스터에 구형파를, 하부암용 트랜지스터에 PWM신호를 공급한다. 예를 들면, 3상(U, V, W상) 중 U상 상부암용 트랜지스터가 온상태에서 V상 하부암용 트랜지스터가 PWM동작하고 있는 것으로 하면, 하부암이 온인 경우, 출력전류는 전원에서 U상 상부암과 코일을 통해서V상 하부암으로 흐르고, 하부암이 오프인 경우는 코일의 인덕턴스의 특성에 의해 V상 상부암의 소오스, 드레인간 다이오드로 흘러 전원으로 되돌아간다(환류상태). 이 반복에 의해 출력전류는 120도 통전의 구형파 형상으로 흐른다. 본 종래예에서는 PWM제어를 실행하고 있으므로, 통상의 구형파 리니어구동에 비해 전원의 소비전력의 저감이 가능하게 되고 있다.

상기 일본국 특허공개 공보 평성5-161387에서는 전기각120도에 있어서 전압레벨이 정의 전압에서 0으로 급격하게 변화하므로, 전류의 변화에 의한 노이즈 즉, Lㆍdi/dt(L : 모터코일의 인덕턴스, di/dt : 출력전류의 시간변화률)에 기인하는 전류적 노이즈, 음향노이즈가 발생하고 이것이 제어계에 영향을 미치거나 소음으로 된다는 문제가 있다.

또, 상기 문헌의 기술에서는 구형파의 출력전류를 PWM화해서 저전력화를 도모하고 있지만, 역시 브리지회로를 구동하는 기간에서 모터의 유기전압을 검출하는 기간으로 이행할 때에 급격한 전류변화가 발생하여 전기적노이즈, 음향노이즈가 발생한다는 문제가 있고, 이와같은 노이즈를 저감하기 위해 출력단자의 외부에 부착된 스너버회로에 의해 대책을 도모하고 있다. 그러나, 스너버회로를 외부에 부착한다는 조립작업량의 증가, 부품수증가에 의한 코스트상승, 실장용적의 증대라는 문제가 있다.

상기 종래기술은 공업조사회 발행의 加藤-저 「소형모터제어용IC」 pp. 57기재의 3상 전파방식에 따른 것으로서 전기각120도마다 다른 브리지회로로 상전환을실행하기 위해 노이즈발생을 회피할 수 없었다고 고려된다.

한편, 일본국 특허공개 공보 평성5-137384에는 전기각을 120도보다 크게 하고 있지만, 여전히 전압레벨을 하이레벨에서 로우레벨로 갑자기 변화시키고 있으므로, 상기 일본국 특허공개 공보 평성5-161387과 동일한 문제가 있다. 또, 홀센서에 의한 검출회로를 모터에 마련하지 않으면 안된다고 하는 문제도 있다. 또한, 본 공보에 기재된 기술에서는 홀센서에 의한 검출회로를 마련하고 있으므로, 전기각120도에서 180도 사이에 역기전압을 계측할 필요가 없고, 그 결과, 통전기간을 전기각120도보다 크게 하고 있는 것으로 고려된다.

본 발명의 목적은 모터의 저노이즈화를 실현하는 모터구동방법을 제공하는 것이다.

도 1은 제1 실시예의 구동타이밍도,

도 2는 제1 실시예의 모터드라이버의 시스템구성도,

도 3은 제1 실시예의 시스템의 출력부 및 전류제어부를 도시한 도,

도 4는 제1 실시예의 시스템에 있어서의 입출력신호파형을 도시한 도,

도 5는 제1 실시예의 출력 트랜지스터의 구동타이밍도,

도 6은 제1 실시예의 출력전류특성을 도시한 도,

도 7은 제1 실시예의 출력전류의 주파수성분 분석결과를 도시한 도,

도 8은 제2 실시예의 모터드라이버의 시스템구성도,

도 9는 제2 실시예의 시스템에 있어서의 입출력신호파형을 도시한 도,

도 10은 제3 실시예의 2상 모터 드라이버의 시스템구성도,

도 11은 제3 실시예의 출력트랜지스터의 구동타이밍도,

도 12는 본 발명을 적용하는 전기기기의 예로서 하드 디스크 드라이브의 외관도,

도 13은 하드 디스크 드라이브장치의 시스템블럭도,

도 14는 하드 디스크 드라이브장치 HDD가 조립된 퍼스널 컴퓨터의 외관도.

※ 부호의 설명

1…통전상에서 비통전상으로 되는 U상의 상부암 스위치소자의 구동파형,

2…비통전상에서 통전상으로 되는 V상의 상부암 스위치소자의 구동파형,

3…PWM제어를 실행하기 위한 W상 하부암 스위치소자의 구동파형,

4…U상 출력전류, 5…V상 출력전류, 6…W상 출력전류,

7…스핀들모터, 8…U상 상부암용 스위치소자,

9…U상 하부암용 스위치 소자, 10…V상 상부암용 스위치소자,

11…V상 하부암용 스위치소자,

12…W상 상부암용 스위치소자,

13…W상 하부암용 스위치소자,

14…프리드라이버, 15…상전환 타이밍 형성회로, 16…조건설정회로,

17…역기전압 검출회로, 18…회전신호 검출회로,

19…회전속도 검출회로, 20…출력전류 검출회로, 21…전류제어회로,

22…기동회로,

23…U상 상부암용 P채널 파워 MOSFET,

24…U상 하부암용 N채널 파워 MOSFET,

25…V상 상부암용 P채널 파워 MOSFET,

26…V상 하부암용 N채널 파워 MOSFET,

27…W상 상부암용 P채널 파워 MOSFET,

28…W상 하부암용 N채널 파워 MOSFET,

29…전류검출저항, 30…전류검출전압, 31…목표전압, 32…비교기,

33…비교후신호, 34…플립플롭, 35…PWM주기의 클럭신호, 36…PWM 제어신호,

37…U상 출력전류, 38…충전전류, 39…환류전류(방전전류),

40…U상 역기전압파형, 41…U상 상부암 구동타이밍,

42…U상 하부암 구동타이밍, 43…V상 상부암 구동타이밍,

44…V상 하부암 구동타이밍, 45…W상 상부암 구동타이밍,

46…W상 하부암 구동타이밍, 47…PWM 제어기간, 48…통전기간제어,

49…상시통전기간, 50…U상 출력전류, 51…U상 출력전압,

52…출력전류파형, 53…(a)의 경우의 출력전류의 상승, 하강,

54…(b)의 경우의 출력전류의 상승, 하강, 55…고주파의 차수,

56…고주파전류레벨의 전압환산값, 57…본 실시예의 소프트스위칭의 경우,

58…종래의 구형파 PWM구동의 경우,

201…U상 상부암용 N채널 파워 MOSFET,

202…V상 상부암용 N채널 파워 MOSFET,

203…W상 상부암용 N채널 파워 MOSFET,

204…적분용 저항, 205…적분용 용량, 206…에러앰프, 207…톱니파발생회로,

208…용량 209…비교기, 210…PWM 제어신호, 211…에러전압,

212…톱니파전압, 100…집적회로, 401…2상 모터,

402∼405…X상 구동용 스위치소자, 406∼409…Y상 구동용 스위치소자,

410…전원전압, 411…전류검출용 저항, 412…기준전압, 413…버퍼앰프,

414…톱니파발생회로, 415…비교기, 416…구동신호 형성회로,

417∼424…구동신호, 425…X상 출력전류, 426…Y상 출력전류.

상기 목적은 3개의 하프브리지회로(8∼13)중 제2 하프브리지회로(10, 11)의 제1 및 제2 트랜지스터(25, 26)의 제어단자에 이들의 전류경로를 비형성상태로 하는 제어신호를 공급하고 있는 사이에 제2 하프브리지회로에 대응하는 상기 모터의 구동코일의 역기전압을 검출하고, 제2 하프브리지회로(10, 11)의 제 1 트랜지스터(25)의 제어단자로의 그 전류경로를 형성시키는 제어신호를 공급개시후에도 제3 하프브리지회로(27, 28)의 제2 트랜지스터(28)의 제어단자에 그 전류경로를 형성시키는 제어신호를 공급함과 동시에 제1 하프브리지회로(23, 24)의 제 1 트랜지스터(23)의 제어단자에 그 전류경로의 차단, 형성 및 재차단시키는 제어신호를 공급하는 것에 의해 달성된다.

제2 하프브리지회로(10, 11)의 제1 트랜지스터(25)의 재어단자로의 그 전류경로를 형성시키는 제어신호의 공급개시후에 제3 하프브리지회로(27, 28)의 제2 트랜지스터(28)의 제어단자에 그 전류경로를 형성시키는 제어신호를 공급하고 있으면, 모터의 구동코일의 제2상으로 전류가 흐르기 시작하지만, 이때에 제 1 하프브리지회로(23, 24)의 제 1 및 제2 트랜지스터(23, 24)의 전류경로가 차단되면 구동코일의 제1상에 흐르고 있던 전류를 순간적으로 차단하게 되어 큰 노이즈가 발생한다. 그래서, 제2 하프브리지회로(10, 11)의 제1 트랜지스터(25)의 제어단자로의 그 전류경로를 형성시키는 제어신호의 공급개시후에도 제1 하프브리지회로(23, 24)의 제1 트랜지스터(23)의 제어단자에 그 전류경로의 차단, 형성 및 재차단시키는 제어신호를 공급하는 것에 의해 제1상 구동코일의 전류를 완만하게 감소하여 노이즈가 저감된다.

이하, 본 발명의 제1 실시예를 도 1∼도 7에 의해 설명한다. 본 발명의 대표적인 실시예인 3상 모터 구동시스템의 스위치소자의 상전환시에 있어서의 구동타이밍을 도 1에 도시한다. (1)은 3상 브리지회로중의 1개이고 통전상에서 비통전상으로 되는 U상의 상부암 스위치소자의 구동파형, (2)는 (1)과는 반대로 비통전상에서 통전상으로 되는 V상의 상부암 스위치소자의 구동파형, (3)은 필요한 출력전류를 얻기 위해 임의의 통전기간에서 통전상태와 비통전상태를 반복하는 소위 PWM제어를 실행하기 위한 W상 하부암 스위치 소자의 구동파형, (4)는 이 결과에서 얻어진 U상 출력전류, (5)는 V상 출력전류, (6)은 W상 출력전류이다. 이 이외의 스위치소자는 차단상태로 되어 있다. 본 구동의 특징은 (1)에 있어서의 통전기간과 (2)에 있어서의 통전기간을 일정기간만큼 중복시키고 부가해서 이 중복기간에 있어서 (1)에 의한 통전을 임의의 기간만큼 차단시키고 재차 통전시키는 것을 반복하는 것에 의해 (이 동작을 이하, 「통전기간제어」라 한다) 전환되는 출력전류의 하강, 상승을 완만하게 해서 소프트스위칭을 실행한다고 하는 것이다.

여기서, 도 1에 있어서, 본 실시예의 소프트스위칭의 원리를 설명한다.

도 1에 있어서의 통전기간제어시의 각 스위치소자의 동작은 PWM제어의 1주기간에 있어서 다음의 4가지이다.

1) U상 상부암이 차단, W상 하부암이 통전,

2) U상 상부암이 통전, W상 하부암이 통전,

3) U상 상부암이 통전, W상 하부암이 차단,

4) U상 상부암이 차단, W상 하부암이 차단,

여기서, V상 상부암은 항상 온이므로, 전류제어에 의해서 W상 출력전류를 일정하게 유지하는 것에 의해 V상 출력전류는 다음과 같이 결정된다.

[식 1] 에서 W상 출력전류가 일정하면, U상 출력전류의 하강을 완만하게 하는 것에 의해 V상의 상승도 완만하게 하는 것이 가능하게 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 여기서는 U상 출력전류의 하강에 대해서 주목한다. 상기의 4가지 중 2)의 전류는 전원에서 접지를 향해서 흐르고, 모터코일과 저항의 시정수에 따라서 증가하는 충전전류이다. 이 이외의 전류는 코일에 축적된 에너지의 방출에 의해서 감소하면서 흐르는 방전전류이다. 여기서, U상의 통전기간을 임의의 값으로 설정해서방전기간이 많아지도록 충방전전류를 교대로 흐르게 하는 것에 의해 증감을 반복시켜서 U상의 전류를 서서히 감소시킬 수 있다. 이것에 의해 U상 전류의 하강, V상 전류의 상승을 완만하게 하는 것이 가능하게 된다.

도 1의 구동타이밍의 실현수단을 구비한 3. 5인치 하드 디스크용 스핀들모터 드라이버 집적회로의 시스템구성을 도 2에 도시한다. 도 2에 있어서, (100)은 드라이버 집적회로전체이고, (7)은 스핀들모터, (8)∼(13)은 각 상의 상부, 하부암용 스위치 소자, (14)는 스위치소자를 위한 프리드라이버, (15)는 펄스폭 변조신호와 상전환 타이밍의 형성회로, (16)은 도 1의 구동을 실행하기 위한 조건의 설정회로, (17)은 모터의 회전에 의해 발생한 역기전압을 검출하기 위한 검출회로, (18)은 (17)의 검출결과에 따라 모터의 회전수에 비례한 펄스신호를 작성하기 위한 회전신호 검출회로, (19)는 그 펄스신호와 회전수의 목표값에 대응한 신호와 펄스수의 비교를 실행하고 회전수의 증감명령을 작성하는 회전속도 검출회로, (20)은 출력전류의 검출을 실행하는 검출회로, (21)은 (19)로부터의 회전수 증감명령을 받고 그를 위한 출력전류 제어신호를 (15)의 회로에 부가하는 전류제어회로, (22)는 모터의 정지상태에서 기동시키기 위한 기동회로이다. 또한, (8)∼(13)의 각 상의 상부, 하부암용 스위치소자는 비교적 큰 전류가 흐르기 때문에 (14) 등의 회로소자보다 커지므로, (100)의 드라이버 집적회로(칩)에 수납되지 않는 경우가 있다. 그 경우에는 (101)로 나타낸 선에서 좌측의 회로, 즉, (8)∼(13)의 각 상의 상부, 하부암용 스위치소자를 분리한 회로에서 직접회로를 구성한다.

본 시스템의 출력부, 전류제어부의 상세한 설명을 도 3에 도시한다. 도 3은각 출력상의 스위치소자로서 파워 MOSFET를 사용하고 있고, 주로 V상과 W상으로 전류를 흐르게 하고 있다. (23), (25), (27)은 각 상의 상부암의 P채널 파워MOSFET 트랜지스터, (24), (26), (28)은 각 상의 하부암의 N채널 파워MOSFET 트랜지스터이고, (29)는 전류검출저항, (30)은 전류검출전압, (31)은 목표전압, (32)는 비교기, (33)은 비교후신호, (34)는 플립플롭, (35)는 PWM주기의 클럭신호, (36)은 PWM제어신호, (37)은 V상 출력 전류Iv, (38)은 충전전류Iv', (39)는 환류전류(방전전류)이다. 여기서, 출력의 상부암에 P채널의 파워MOS를 사용하고 있는 것은 구동전압을 전원전압 이상으로 상승시킨다고 하는 작업을 필요로 하지 않으므로 회로의 간략화가 가능하게 되기 때문이다. 도 3에 있어서의 입출력 신호파형을 도 4에 도시하고 동작을 설명한다. PWM주기의 클럭신호(35)의 타이밍에서 플립플롭(34)가 전환되고, PWM제어신호(36)이 하이로 되어 하부암의 트랜지스터(28)을 통전시킨다. 다음에, 출력전류(충전전류)가 흐르고, 전류검출저항(29)에 발생하는 검출전압(30)이 목표전압Vref(31)을 초과했을 때, 비교기(32)의 출력(33)이 반전하고, 이것에 의해 플립플롭(34)가 재차 전환되어 PWM제어신호(36)은 로우로 된다. 로우의 기간은 하부암의 트랜지스터(28)은 차단되고, 출력에는 환류전류(방전전류)(39)가 흐른다. 그후, 클럭신호(35)에 의해 재차 통전상태로 되고 이후 반복된다. 이 제어에 의해 목표전압에 대응한 출력전류가 얻어진다. 또한, 이 일정한 출력전류가 얻어진다고 하는 것은 모터의 토오크가 일정하게 되는 것을 나타내고, 모터의 불균일한 회전 등의 노이즈가 저감되고 있는 것을 나타내고 있다.

본 발명에서는 V상 상부암 트랜지스터가 온상태로 전환되었을 때에 U상 상부암 트랜지스터를 완전히 오프상태로 하면, U상에 대응하는 코일에는 전류가 계속 흐르려고 하는 한편, V상에 대응하는 코일에는 전류가 급격히 흐르지 않게 된다는 문제가 있으므로, V상 상부암 트랜지스터가 온상태로 전환된 후에도 U상 상부암 트랜지스터를 온/오프로 해서 전류변화를 완만하게 하고 있다. 이와 같은 스위치소자의 전체의 구동타이밍은 도 5와 같이 하고 있다. (40)이 U상에서 발생하는 역기전압파형, (41)∼(46)은 각 상의 상부, 하부암의 구동타이밍, (47)은 구동타이밍에 있어서의 PWM 제어기간, (48)은 본 발명의 특징인 소프트스위칭을 위한 통전기간제어, (49)는 상시통전기간, (50)은 U상 출력전류이다. 각 상 모두 상시 통전, PWM 제어, 통전기간제어를 순차 실행하도록 하고 있다. 여기서는 PWM제어용의 트랜지스터가 차단상태일 때, 동상의 다른 한쪽의 트랜지스터(즉, 하부암에 대해서는 상부암, 상부암에 대해서는 하부암)의 바디다이오드를 통해서 환류전류를 흐르게 하도록 하고 있다. 다이오드에 있어서의 손실을 회피하기 위해 그 트랜지스터를 환류시에만 통전시켜서 채널부로 환류전류를 흐르게 하는 경우도 있다.

본 실시예에 의해 모터를 구동시킨 경우의 출력전압, 전류파형을 도 6에 도시한다. 사용한 모터는 3. 5인치 HDD용으로서, 정격회전수가 매분 5400회전, 전원전압이 12V, 구동전류가 약 0. 2A, 극수가 12극, 상간인덕턴스가 0. 86mH, 상간 저항이 5. 5Ω이다. 이 경우의 구동전류의 주파수는 549Hz이다. PWM구동의 주파수는 156kHz(주기는 6. 4μ초)로 하고 있다. 이 주파수는 HDD에서 사용하는 마이크로프로세서의 클럭주파수인 10MHz의 (26)분의 1을 취하는 것에 의해 얻어진다. 소프트스위칭을 위한 통전기간제어에 관해서는 전기각120도의 기간이 617μ초에 대해서 중복기간을 76. 8μ초(전기각에서 약 15도)로 하였다. 이 중복기간은 PWM주기×12이다. 또, 여기서는 PWM주기(6. 4μ초)에 대한 통전기간의 비율(이하, 온duty)를 75%(4. 8μ초)로 하였다. 도 6에 있어서, (51)은 U상 출력전압, (52)는 출력전류파형이고, (a)는 종래의 구형파 PWM구동(스너버회로없음)의 경우, (b)는 본 실시예의 경우이다. (a)의 경우, 출력전류의 상승, 하강은 (53)과 같이 7A/m초 정도로 급준하지만, (b)에서는 (54)와 같이 2A/m초로 되어 (a)에 비해 완만한 상승, 하강으로 되어 있다. 이 소프트스위칭의 효과를 도 7에 의해 도시한다. 도 7은 출력 전류의 주파수성분을 스펙트럼 아날라이저에 의해 측정하고, 고주파수의 레벨을 조사한 결과이다. (55)는 고주파의 차수, (56)은 고주파전류레벨의 전압환산값, (57)은 본 실시예의 소프트스위칭의 경우, (58)은 종래의 구형파 PWM구동의 경우(스너버회로를 사용하지 않는 경우)의 측정결과이다. 고주파는 기수차에서 커지지만, 본 실시예에서는 종래에 비해 수kH2에서 수십kHz의 가청주파수영역의 고주파성분이 작게 되어 있다. 이것은 모터회전시에 발생하는 소음의 완화를 의미하며 소프트스위칭에 의한 노이즈저감의 효과가 얻어졌다. 또, 물론 PWM구동온 리니어구동에 비해 소비전력저감의 효과가 있고, 본 실시예에서는 리니어구동의 60% 이하의 소비전력으로 되어 있다. 여기서, 본 실시예에서는 모터의 회전속도에 관계없이 중복기간(76. 8μ초)을 일정하게 하고 있지만, 회전속도가 커지면, 역기전압을 계측하는 시간(전기각 60도분의 시간-76. 8μ초)가 불충분하게 될 가능성이 있으므로, 회전속도에 따라서 중복기간을 변경하여 전기각이 미리 정해진 전기각, 예를 들면 15도 이내로되도록 제어하는 것이 고려된다. 이 경우에는 계측할 수 있는 시간이 전기각45도분으로 되므로, 회전속도의 허용범위가 넓어지게 된다. 또, 본 실시예에서는 회전속도가 커져도 모터의 회전속도에 관계없이 온duty(75%)를 일정하게 하고 있지만, 출력전류로의 유기전압의 영향이나 회전속도를 고려해서 온duty를 서서히 작게 변경하도록 하는 것이 고려된다. 이 경우에는 더욱 완만한 전류변화로 된다.

본 발명의 제2 실시예를 도 8에 의해 설명한다. 도 8은 종래기술에서 나타낸 PWM 구동방법에 본 발명을 적용하고, 스너버회로를 제거한 경우의 드라이버의 시스템구성이다. (201)∼(203)이 각 상의 상부암의 N채널 파워 MOSFET이고, (204), (205)는 미러적분용 저항과 용량, (206)은 에러앰프, (207)은 톱니파 발생회로, (208)은 그를 위한 용량, (209)는 비교기, (210)은 PWM 제어신호이다. 본 시스템의 입출력신호파형을 도 9에 도시하고 동작을 설명한다. 본 방법에서는 전류검출전압을 (204), (205)의 저항과 용량에 의해 적분하고, 목표전압과의 비교에 의해 에러전압(211)을 작성한다. 그리고 PWM주기의 톱니파전압(212)와의 전압레벨의 비교를 비교기(209)에 의해 실행하고, PWM제어신호(210)을 작성해서 출력 트랜지스터의 통전, 차단을 실행한다. 이것에 의해 출력전류의 제어가 가능하게 된다. 이 시스템에 있어서도 제1 실시예와 마찬가지로 통전기간 설정수단(16)을 구비하고 있어 스너버회로를 사용하지 않고 출력전류의 소프트스위칭을 실현할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예를 도 10에 의해 도시한다. 도 10은 프린터의 용지송출 기구부에 사용되는 2상 모터 드라이버의 시스템구성이다. 본 시스템은 3상의 경우와 달리 2개의 H형 브리지회로에 의해 각각의 상이 구동된다. (401)은 2상 모터,(402)∼(405)는 X상 구동용, (406)∼(409)는 Y상 구동용의 H브리지를 구성하는 스위치소자이다. 또, (410)은 전원전압, (411)은 2개의 H브리지에 공통인 전류검출용의 저항, (412)는 목표전류레벨을 얻기 위한 기준전압, (413)은 전류검출결과와 기준전압을 비교하는 버퍼앰프, (414)는 PWM 구동용의 톱니파 발생회로, (415)는 버퍼앰프의 출력결과와 톱니파신호의 차를 제거하고, PWM 제어신호를 작성하기 위한 비교기, (416)은 PWM 제어신호를 기본으로 각 브리지회로를 구동하는 구동신호 형성회로, (417)∼(424)는 그 구동신호이다. 이 시스템에 있어서의 스위치소자의 구동타이밍을 도 11에 도시한다. (425)는 X상 출력전류, (426)은 Y상 출력전류이다. 본 실시예의 특징은 상전환시의 PWM제어가 2개의 스위치소자에 의해 실행되는 것이다. 전류검출을 1개소에서 실행하고, 이 2개의 스위치소자를 동시에 제어하는 것에 의해 제1 실시예와 동일한 효과를 얻고 있다.

본 실시예에서는 제1 및 제2 실시예가 HDD, 제3 실시예가 프린터의 모터구동에 대해서 설명했지만, 동일 모터를 사용하고 있는 플로피디스크 드라이브, 광자기 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, 디지탈 비디오 디스크 드라이브, 보통용지 복사기, 팩시밀리, 비디오 카메라 장치 및 에어컨 등의 가정기기에도 본 발명의 적용이 가능한 것은 물론이다. 도 12는 본 발명을 적용하는 전기기기의 예로서 하드 디스크 드라이브의 외관도이다.

도 13은 하드 디스크 드라이브장치의 시스템 블럭도로서 이 도에서 캐쉬매모리, 하드 디스크 컨트롤러, 마이크로 프로세서, 데이타 채널 프로세서 등의 전원노이즈에 약한 기기가 탑재되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명을 사용하면하드 디스크의 모터를 구동할 때의 전원변동 노이즈가 저감되어 프로세서 등의 기기의 오동작을 적게 할 수 있다. 도 14는 하드 디스크 드라이브장치HDD가 조립된 퍼스널 컴퓨터의 외관도이다. 도 12에 도시한 조립형 하드 디스크 드라이브장치라도 퍼스널 컴퓨터의 심장부인 프로세서로의 노이즈의 영향이 있으므로, 본 발명의 효과는 크다. 물론, 하드 디스크 드라이브장치가 일체화된 퍼스널 컴퓨터에 대해서도 본 발명의 효과는 명백하다.

본 실시예에 의하면 센서리스의 브러쉬리스모터의 노이즈를 종래에 비해 저감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 각각이 제1 동작전위와 그의 출력단자 사이에서 제1 전류경로를 형성하는 제1 트랜지스터 및 제2 동작전위와 그의 출력단자 사이에서 제2 전류경로를 형성하는 제2 트랜지스터를 갖고, 각각의 출력단자가 모터의 대응하는 구동코일에 접속되고, 각각의 상기 제1 및 제2 트랜지스터는 제어신호가 공급되는 제어단자를 갖는 제1, 제2 및 제3 하프브리지회로를 구비한 모터구동장치의 구동방법에 있어서,
    상기 제1 하프브리지회로의 제2 트랜지스터, 상기 제2 하프브리지회로의 제1 및 제2 트랜지스터 및 상기 제3 하프브리지회로의 제1 트랜지스터에, 상기 제1 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로, 상기 제2 하프브리지회로와 각각의 제1 및 제2 트랜지스터의 제1 및 제2 전류경로, 상기 제3 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 경로를 차단하기 위한 제어신호를 각각 공급하고, 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터와 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터에, 상기 제1 하프브리지회로와 제1 트랜지스터의 제1 전류경로와 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 형성하기 위한 제어신호를 각각 공급하는 것에 의해 상기 제2 하프브리지회로에 대응하는 상기 구동코일의 역기전압을 검출하는 제1 스텝 및;
    상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터에 상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하는 제어신호의 공급개시 후에 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터에 제어신호를 공급하는 것에 의해서. 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 차단하고 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하고 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 재차단하는 제2 스텝을 포함하고,
    상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 형성하는 제어신호는 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제어단자로 공급되는 것을 특징으로 하는 모터구동장치의 구동방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하는 제어신호의 공급개시후에 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하는 제어신호가 공급되는 기간은 미리 정해진 전기각에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 모터구동장치의 구동방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 전류경로를 형성하는 제어신호의 공급개시후에, 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 전류경로를 차단하고 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하고 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 재차단하는 제어신호가 반복되고, 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로가 형성되는 동안의 시간과 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로가 차단되는 동안의 시간의 비는 상기 제1 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로의 상기 차단, 형성, 재차단 스텝의 사이클의 반복회수에 따라서 감소하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치의 구동방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 형성하는 제어신호의 공급개시 후에 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터에 제어신호를 공급하는 것에 의해서, 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 차단하고 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 형성하고 상기 제3 하프브리지회로의 제2 트랜지스터의 제2 전류경로를 재차단하는 제3 스텝을 더 포함하고,
    상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제1 전류경로를 형성하는 제어신호는 상기 제2 하프브리지회로의 제1 트랜지스터의 제어단자로 공급되는 것을 특징으로 하는 모터구동장치의 구동방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 하드디스크 드라이브 플로피디스크 드라이브, 광자기 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브, 디지탈비디오디스크 드라이브, 보통용지 복사기, 프린터, 팩시밀리, 비디오카메라 및 에어컨 중의 어느 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터구동장치의 구동방법.
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