KR100527528B1 - 모터 구동 장치 - Google Patents

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KR100527528B1
KR100527528B1 KR10-2003-0019040A KR20030019040A KR100527528B1 KR 100527528 B1 KR100527528 B1 KR 100527528B1 KR 20030019040 A KR20030019040 A KR 20030019040A KR 100527528 B1 KR100527528 B1 KR 100527528B1
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
미쓰비시 덴끼 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 출력 트랜지스터의 소스·게이트 사이에 마련한 전압 클램프 회로에 의해 발생하는 클램프 전류를 최소한으로 억제해서 소비 전력의 저감을 도모하여, 반도체 집적 회로에 적합한 모터의 구동 장치를 얻기 위해서, 모터에 구동 전류를 흘리는 제 1 출력 트랜지스터의 소스와 게이트 사이에 마련되어 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터 양자의 오프 시에 소스에 발생되는 고전압을 완화하는 전압 클램프 회로와, 접지 사이에 접속되어, 제 1 구동 펄스에 응답하여 클램프 전류를 소정의 미소 전류로 처리하도록 동작하는 정전류 회로를 구비하는 모터 구동 장치를 제공한다.

Description

모터 구동 장치{MOTOR DRIVING DEVICE FOR SUPPLYING DRIVING CURRENT TO A THREE-PHASE MOTOR THROUGH OUTPUT TRANSISTORS}
본 발명은 주로 반도체 집적 회로로서 구성되어, 3상 모터를 구동하기 위해서 구동 전류를 공급하는 모터의 구동 장치에 관한 것이다.
반도체 집적 회로 내에 구성되는 3상 모터 구동용의 고전압·고전력 용량 출력단은, 고정자 코일에 전류를 공급하는 출력 트랜지스터에 N 채널형 MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor : 여기서는, MOSFET를 단지 "트랜지스터"라 함)를 채용하는 경우가 많다. 이것은, P 채널형 트랜지스터가 N 채널형 트랜지스터에 비해 단위 면적당 온 저항이 크고, 비용면에서 불리해지기 때문이다.
도 3은 종래의 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도면에 있어서, 31u, 31v, 31w는 3상 모터의 Y형 접속된 고정자 코일, 1은 직류 전원, 2는 고전압 전원, 3은 접지, 4, 5는 고정자 코일에 모터의 구동 전류를 흘리기 위한 출력용의 N 채널형 출력 트랜지스터, 6, 7은 출력 트랜지스터(4)를 구동하는 P 채널형 트랜지스터와 N 채널형 트랜지스터이다. 8, 9, 10은 인버터, 21, 22는 예컨대 제너 다이오드로 이루어지는 전압 클램프 회로이다.
P 채널형 트랜지스터(6)는, 드레인이 고전압 전원(2)에 접속되고, 소스가 출력 트랜지스터(4)의 게이트에 접속되며, 게이트가 출력 트랜지스터(4)를 구동하기 위한 구동 펄스 A를 전달하는 인버터(8)의 출력단에 접속되어 있다. N 채널형 트랜지스터(7)는, 드레인이 출력 트랜지스터(4)의 게이트에 접속되고, 소스가 접지(3)에 접속되며, 게이트가 P 채널형 트랜지스터(6)와 마찬가지로 구동 펄스 A에 접속되어 있다.
출력 트랜지스터(4)는, 드레인이 직류 전원(1)에 접속되고, 소스가 고정자 코일(31w)의 단부 W에 접속되어 있다. 다른 쪽 출력 트랜지스터(5)는, 드레인이 고정자 코일(31w)의 단부 W에 접속되고, 소스가 접지(3)에 접속되며, 소스가 인버터(9)의 출력단에 접속되어 있다. 인버터(9)는, 또 하나의 인버터(10)와 직렬로 접속되어 있고, 출력 트랜지스터(5)를 온·오프 제어하기 위한 구동 펄스 B(제 2 구동 펄스)를 전달한다. 또한, 출력 트랜지스터(4)의 게이트·소스 사이에는, 서로 상반되는 방향으로 직렬로 접속된 제너 다이오드(21, 22)로 이루어지는 전압 클램프 회로가 접속되어 있다. 이 전압 클램프 회로는 출력 트랜지스터(4)의 정부(正負)의 게이트 과전압 보호를 행하는 것이다.
이상 설명한 구성과 같은 구동 장치가 다른 고정자 코일(31u, 31v)의 각 단자 U, V에 대하여 마련되어 있다.
다음에 동작에 대하여 설명한다.
도 4는 인버터(8, 10)에 입력되는 구동 펄스의 타이밍도이며, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 회로 동작을 나타내는 설명도이다.
구동 펄스 A와 B는 서로 다른 타이밍으로 공급된다. 구동 펄스 A가 `H'일 때, 인버터(8)에 의해 게이트가 'L'로 되기 때문에, P 채널형 트랜지스터(6)는 온으로 되고, N 채널형 트랜지스터(7)는 오프로 된다. 따라서, 출력 트랜지스터(4)는 게이트가 'H'가 되어 온으로 되어서, 부하가 되는 모터의 고정자 코일(31w, 31v)에 구동 전류를 공급한다. 이 때 구동 펄스 B는 'L'이기 때문에 출력 트랜지스터(5)는 게이트가 `L'이므로 오프로 되어 있다. 이 제 1 동작은 도 5a에 도시되게 된다.
한편, 구동 펄스 B가 `H'일 때, 인버터(9, 10)에 의해 출력 트랜지스터(5)는 게이트가 `H'가 되기 때문에 온으로 된다. 이 때 고정자 코일(31u)의 단부 U에 연결된 출력단의 회로 동작에 의해 직류 전원(1)이 접속된다. 이 때, 구동 펄스 A는 `L'이며, 트랜지스터(6, 7)의 게이트는 `H'로 되어 있고, P 채널형 트랜지스터(6)는 오프, N 채널형 트랜지스터(7)는 온으로 된다. 따라서, 출력 트랜지스터(4)는 게이트가 `L'로 되기 때문에 오프가 된다. 이 것에 의해, 고정자 코일(31u, 31w)을 거쳐서 흐르는 구동 전류를 출력 트랜지스터(5)가 인입하여 접지(3)에 흘린다. 이 제 2 동작은 도 5b에 도시된다.
일반적으로 3상 모터를 구동할 때, 도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이 출력 트랜지스터(4, 5)가 액티브로 되는 기간 이외에는, 다른 2개의 상과 전류를 주고받지 않는 휴지(休止) 기간이 존재한다. 이 때, 출력 트랜지스터(4, 5)는 오프로 되고, 고정자 코일(31w)로부터 출력단측을 본 임피던스는 고임피던스가 된다. 도 5a, 도 5b에 도시된 동작 후에 출력 트랜지스터(4, 5)가 오프로 되면, 고정자 코일(31w)에는 전하가 잔류하여, 단부 W가 고전위로 된다. 고전압을 취급하는 출력 트랜지스터(4, 5)의 게이트·소스 사이의 내압 이상의 전압을 직류 전원(1)으로부터 공급하는 회로에서는, 게이트 파괴에 대한 보호가 필요해진다. 그 때문에, 모터로 구동 전류를 공급하는 출력 트랜지스터(4)의 게이트·소스 사이에 제너 다이오드(21, 22)를 접속하여, 이 휴지 기간에 있어서, 제너 다이오드(2l, 22)의 전압 클램프 회로가 동작하여, N 채널형 트랜지스터(7)를 경유하여 잔류 전하를 제거하기 위해서 클램프 전류를 접지(3)에 흘린다. 이 제 3 동작은 도 5c에 도시된다.
종래의 모터의 구동 장치는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 다음과 같은 문제가 있었다.
상술한 고임피던스 시의 전압은, 일반적으로 직류 전원(1)의 전원 전압의 절반으로 되지만, 전원 전압의 값이 커지면 이 클램프 전류도 커져, 그에 의한 전력 손실도 무시할 수 없게 된다. 최근, 반도체 집적 회로에 요구되는 요건의 하나로서, 저소비 전력화를 들 수 있지만, 상기 클램프 전류의 발생은 저소비 전력화에 방해가 되고 있다. 특히, 고전압계·고전력 용량 출력단을 구동시키는 경우, 이 클램프 전류에 의한 전력 손실은 무시할 수 없다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 클램프 전류를 최소한으로 억제하여 소비 전력의 저감을 도모하고, 반도체 집적 회로에 적합한 모터의 구동 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 온 시에 모터의 고정자 코일에 구동 전류를 흘리는 제 1 출력 트랜지스터와, 제 1 구동 펄스에 응답하여 상기 제 1 출력 트랜지스터를 온하고, 제 1 구동 펄스의 미수신에 응답하여 상기 제 1 출력 트랜지스터를 오프하는 제 1 트랜지스터 스위치와, 제 2 구동 펄스에 응답하여 온으로 되고, 온 시에 상기 고정자 코일로부터 다른 구동 전류를 접지에 인입하는 제 2 출력 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터의 사이의 라인에 발생하는 고전압의 전하를 클램프 전류로서 개방하는 전압 클램프 회로와, 상기 전압 클램프 회로의 클램프 전류를 작은 값으로 제한하는 정전류 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 1 구동 펄스의 상승 시와 제 2 구동 펄스의 하강 시에 생성되는 제 3 펄스에 응답하여 제 1 출력 트랜지스터의 게이트로부터 전하를 개방하는 제 2 트랜지스터 스위치를 구비한 모터 구동 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 제 3 구동 펄스는 제 1 및 제 2 구동 펄스의 폭과 비교하여 짧은 펄스 폭을 갖는 모터 구동 장치가 제공된다.
(실시예 1)
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터 구동 장치의 구성을 나타내는 회로도이다. 도면에 있어서, 도 3에 상당하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 원칙으로 그 설명을 생략한다. 40은 출력 트랜지스터(4)에 대하여 마련된 회로로, 이 중 회로 배치가 종래의 도 3과 하기의 점에서 다르다.
N 채널형 트랜지스터(제 2 트랜지스터 스위치)(7)의 게이트에는 출력 트랜지스터(제 1 출력 트랜지스터)(4)를 온시키기 위한 구동 펄스(제 3 구동 펄스) C가 인가되도록 되어 있다. 11은 전압 클램프 회로와 접지(3) 사이에 접속된 정전류 회로이다. 또한, 이 정전류원(11)은 P 채널형 트랜지스터(제 1 트랜지스터 스위치)(6)와 역상의 관계로 온·오프가 전환되도록 인버터(8)의 출력 신호에 의해서 제어된다.
다음에, 동작에 대하여 설명하지만, 기본적인 동작은 도 3의 설명과 마찬가지이기 때문에 생략한다. 도 2는 실시예 1에 따른 구동 펄스 A, B, C의 타이밍도이다. 구동 펄스 C는 구동 펄스 A의 하강 시(T1, T3)와 구동 펄스 B의 상승 시(T2)에 발생하고, 이들 구동 펄스 A, B보다도 충분히 짧은 기간의 펄스 폭 PW를 갖는다.
구동 펄스(제 1 구동 펄스) A가 `H'일 때, P 채널형 트랜지스터(6)는 온으로 되고, 출력 트랜지스터(4)는 온으로 되지만, 그동안, 정전류 회로(11)는 오프가 된다. 그래서, 도 1의 동작에 있어서, 모터의 고정자 코일(31w, 31v)에 구동 전류를 공급한다.
또한, 구동 펄스 A가 `L'일 때, P 채널형 트랜지스터(6)는 오프로 되고, 출력 트랜지스터(4)도 오프로 되지만, 그동안, 정전류 회로(11)는 온으로 되어 출력 트랜지스터(4)의 게이트에 연결될 수 있다. 출력 트랜지스터(제 2 출력 트랜지스터)(5)도 오프의 상태로 되고, 고정자 코일(31w)로부터 출력단을 본 임피던스가 높아져, 출력 트랜지스터(4)의 소스 전위가 높으면 전압 클램프 회로가 작동하여 N 채널형 트랜지스터(7)를 통해서 클램프 전류가 흐른다. 이 때, 정전류 회로(11)는 그 클램프 전류를 소정의 미소 전류로 억제하도록 동작한다. 정전류 회로(11)로서는, 출력 트랜지스터(4)의 오프 상태, 즉 게이트 전압 `L'을 유지시키는 데 충분히 작은 전류값을 가지는 것이 사용된다.
여기서, 주로 출력 트랜지스터(4)의 게이트 전기 용량과 미러 효과의 영향에 대하여 고려해야 한다. 미소한 전류값의 정전류 회로(11)만으로는, 출력 트랜지스터(4)의 민첩한 오프 동작과, 출력 전압이 급준하게 변화된 때에 출력 트랜지스터(4)의 오프 상태의 유지를 확보할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 소정의 타이밍으로 구동 펄스 C를 부여하여 N 채널형 트랜지스터(7)를 작동시켜, 출력 트랜지스터(4)의 게이트를 접지의 전위가 되도록 한다. 구체적으로는, 도 2에 나타내는 구동 펄스(제 3 구동 펄스) C를 이용한다. 구동 펄스 C는, 구동 펄스 A의 하강 시 T1, T3와 구동 펄스 B의 상승 시 T2에 발생하여, 이들의 구동 펄스 A, B보다도 충분히 짧은 기간의 펄스 폭을 가진다. 다시말하면, 구동 펄스 A의 하강 시 T1, T3는 출력 트랜지스터(4)가 오프한 시점, 구동 펄스 B의 상승 시 T2는 출력 트랜지스터(5)가 온한 시점이다. 또한, 이 경우, 정전류 회로(11)와의 관계로부터, N 채널형 트랜지스터(7)에서는, 온 시의 임피던스가 충분히 낮은 값을 가지는 것이 요구된다.
T2 시에서의 구동 펄스 C의 역할에 대하여 말한다. 구동 펄스 B의 상승은, 출력 트랜지스터(5)의 도통을 가져오지만, 이것에 의해 출력 전위는 급격히 하강한다. 이 때, N 채널형의 출력 트랜지스터(4)의 게이트 전압이 남아, 소스·게이트 사이의 전위 Vgs가 개방된다. 그래서 구동 펄스 C의 T2 펄스를 N 채널형 트랜지스터(7)에 부여하여 온시켜, 출력 트랜지스터(4)의 게이트 전위를 급속히 하강시켜, 출력 트랜지스터(4)가 온으로 되는 것을 막도록 한다.
이상과 같이, 본 실시예 1에 따르면, 제너 다이오드(21, 22)로 이루어지는 전압 클램프 회로와 접지(3) 사이에 접속되어, 구동 펄스 A에 응답하여 클램프 전류를 소정의 미소 전류로 처리하도록 동작하는 정전류 회로(11)를 갖추었기 때문에, 제 3 동작에 있어서, 클램프 전류를 제한하여 소비 전력을 억제할 수 있게 하는 효과가 얻어진다.
또한, 구동 펄스 A의 하강 시에 동기하고, 이 구동 펄스 A보다도 충분히 짧은 기간을 가지는 구동 펄스 C에 응답하여 N 채널형 트랜지스터(7)를 온시켜, 오프 시의 출력 트랜지스터(4)의 게이트를 실질적으로 접지에 접속하도록 하고 있어, 이 것에 따라, 제 1 동작의 종료에 있어서, 출력 트랜지스터(4)가 민첩한 오프 동작을 실현하는 효과가 얻어진다.
또한, 구동 펄스 B의 상승 시에 동기하고, 이 구동 펄스 B보다도 충분히 짧은 기간을 가지는 구동 펄스 C에 응답하여 N 채널형 트랜지스터(7)를 온시켜, 오프 시의 출력 트랜지스터(4)의 게이트를 실질적으로 접지에 접속하도록 하고 있어, 이 것에 따라, 제 2 동작의 개시에 있어서, 출력 전압이 급준하게 변화된 때에 출력 트랜지스터(4)의 오프 상태를 유지하는 효과가 얻어진다.
본 실시예 1에 따르면, 작은 모터 구동 장치를 얻기 위해서, 출력 트랜지스터(4, 5)는 N 채널형 트랜지스터로 이루어진다. 그러나, 출력 트랜지스터(4, 5)는 P 채널형 트랜지스터로 이루어져도 좋다.
또한, 본 실시예 1에 따르면, 실시예 1에서 나타낸 트랜지스터의 회로 외에, N 채널형과 P 채널형을 교체한 회로 구성, 또한 FET 대신에 NPN 형과 PNP 형 트랜지스터를 이용한 구성이라도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 온 시에 모터의 고정자 코일에 구동 전류를 흘리는 제 1 출력 트랜지스터와, 제 1 구동 펄스에 응답하여 상기 제 1 출력 트랜지스터를 온하고, 제 1 구동 펄스의 미수신에 응답하여 제 1 출력 트랜지스터를 오프하는 제 1 트랜지스터 스위치와, 제 2 구동 펄스에 응답하여 온하고, 제 2 구동 펄스의 미수신에 응답하여 오프하여, 온 시에 상기 고정자 코일로부터 다른 구동 전류를 접지에 인입하는 제 2 출력 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터의 양자의 오프 시에 상기 제 1 및 제 2 출력 트랜지스터 사이의 라인에 발생하는 고전압의 전하를 클램프 전류로서 개방하는 전압 클램프 회로와, 상기 전압 클램프 회로의 클램프 전류를 작은 값으로 제한하는 정전류 회로를 구비하도록 구성했기 때문에, 클램프 전류 발생 시에, 그 전류량을 제한하여 소비 전력을 억제하고, 반도체 집적 회로에 적합한 모터의 구동 장치를 실현하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 구동 펄스의 하강 시와 제 2 구동 펄스의 상승 시에 생성되는 제 3 구동 펄스에 응답하여 제 1 출력 트랜지스터의 게이트로부터 전하를 개방하는 제 2 트랜지스터 스위치를 갖추도록 구성했기 때문에, 출력 트랜지스터가 민첩한 오프 동작을 실현하여, 출력 전압이 급준하게 변화된 때에 출력 트랜지스터의 오프 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 제 3 구동 펄스는 제 1 및 제 2 구동 펄스의 폭과 비교하여 짧은 펄스 폭을 갖도록 구성했기 때문에, 클램프 전류가 제 2 트랜지스터 스위치를 거쳐서 누출되지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 모터의 구동 장치의 구성을 나타내는 회로도,
도 2는 실시예 1에 따른 구동 펄스의 타이밍도,
도 3은 종래의 모터의 구동 장치의 구성을 나타내는 회로도,
도 4는 종래의 회로에 이용하는 구동 펄스의 타이밍도,
도 5a는 종래의 회로 동작에 대하여 나타내는 설명도,
도 5b는 종래의 회로 동작에 대하여 나타내는 설명도,
도 5c는 종래의 회로 동작에 대하여 나타내는 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 직류 전원 2 : 고전압 전원
3 : 접지
4, 5 : N 채널형 트랜지스터( 출력 트랜지스터)
6 : P 채널형 트랜지스터 7 : N 채널형 트랜지스터
8, 9, 10 : 인버터 11 : 정전류 회로
21, 22 : 제너 다이오드 31u, 31v, 31w : 고정자 코일

Claims (5)

  1. 제 1 전원에 접속되는 제 1 단자와, 모터의 코일의 일단에 접속되는 제 2 단자와, 제어 신호를 수신하는 제어 단자를 갖고, 상기 제어 신호에 따라서 상기 제 1 단자와 제 2 단자 사이를 도통하여, 상기 코일에 구동 전류를 공급하는 제 1 출력 트랜지스터와,
    상기 제 1 전원보다 높은 전압을 공급하는 제 2 전원에 접속되는 제 3 단자와, 상기 제 1 출력 트랜지스터의 제어 단자에 접속되는 제 4 단자와, 제 1 구동 펄스를 수취하는 제어 단자를 갖고, 상기 제 1 구동 펄스에 따라서 상기 제 3 단자와 제 4 단자 사이를 도통하여, 상기 제 1 출력 트랜지스터의 제어 단자에 상기 제어 신호를 공급하는 제 1 트랜지스터 스위치와,
    상기 코일의 일단에 접속되는 제 5 단자와, 그라운드에 접속되는 제 6 단자와, 제 2 구동 펄스를 수취하는 제어 단자를 갖고, 상기 제 2 구동 펄스에 따라서 상기 제 5 단자와 제 6 단자 사이를 도통하는 제 2 출력 트랜지스터와,
    상기 제 1 출력 트랜지스터의 제어 단자와 제 2 단자 사이에 접속되는 전압 클램프 회로와,
    상기 제 1 출력 트랜지스터의 제어 단자와 상기 그라운드 사이에 접속되고, 상기 전압 클램프 회로에 흐르는 전류를 소정 값으로 억제하는 제어를 하는 전류 제어 회로
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력 트랜지스터의 제어 단자에 접속되는 제 7 단자와, 상기 그라운드에 접속되는 제 8 단자와, 상기 제 1 구동 펄스의 하강 시와 제 2 구동 펄스의 상승 시에 생성되는 제 3 구동 펄스를 수취하는 제어 단자를 갖고, 상기 제 3 구동 펄스에 따라서, 상기 제 7 단자와 제 8 단자 사이를 도통하는 제 2 트랜지스터 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 3 구동 펄스의 폭은 상기 제 1 및 제 2 구동 펄스의 폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 트랜지스터 스위치가 도통할 때, 상기 제 7 단자와 제 8 단자 사이의 임피던스는 상기 전류 제어 회로가 갖는 임피던스보다 낮은 값인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 출력 트랜지스터의 제 1 단자와 제 2 단자 사이가 도통할 때, 상기 전류 제어 회로는 오프 상태로 되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
KR10-2003-0019040A 2002-07-26 2003-03-27 모터 구동 장치 KR100527528B1 (ko)

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