KR100567152B1 - 직류 모터 제어 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오극성 보호 장치를 가지는 직류 모터를 위한 제어 회로에 관한 것이다. 상기 오극성 보호 장치의 손실 전력을 줄이기 위해 상기 오극성 보호 장치는 상기 전해 커패시터와 프리휠링 다이오드의 전류 회로에 연결되어 있다.
오극성 보호 장치, 직류 모터, 제어 회로, 출력 손실, 전해 커패시터, 프리휠링 다이오드

Description

직류 모터 제어 회로{Control circuit for a direct current motor}
본 발명은 다이오드와 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치(transistor switch)를 가지는 오극성 보호 장치(incorrect-polarity protection device), 프리휠링 다이오드(free-wheeling diode), 및 직류 모터와 병렬 연결된 전해 커패시터를 포함하는 직류 모터 제어 회로에 관한 것이다.
상기 종류의 제어 회로는 공지된 것으로 간주된다. 이 경우 이용 가능한 오극성 보호 장치는 DE 39 24 499 A1에, 특히 거기에 제공된 도 4D와 관련하여 공지된다. 배터리 전압을 공급받는 직류 모터에 있어서 상기 종류의 오극성 보호 장치의 이용시에 배터리 전압이 잘못된 극성을 가질 경우, 단락은 상기 프리휠링 다이오드와 상기 직류 모터의 클록 제어를 위해 제공되는 전력 MOSFET의 인버스 다이오드(inverse diode)에 의해 저지된다. 또한 오극성 발생 시에 상기 제어 회로에 제공된 전해 커패시터가 파손되는 현상이 상기 오극성 보호 장치에 의해 방지된다. 공지의 제어 회로에서 상기 오극성 보호 장치가 모터-전류 공급부의 급전선 또는 접지부에 연결되어 있다. 따라서 종래의 오극성 보호 장치는 그에 상응하는 크기의 손실 전력에 대하여 설계되어 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종류의 제어 회로에서 상기 오극성 보호 장치의 손실 전력을 감소시키는 것이다.
상기 목적은 제 1 항의 특징으로 달성된다. 이에 따르면 상기 오극성 보호 장치가 상기 전해 커패시터와 프리휠링 다이오드의 전류 회로에 연결되어 있다. 상기 전해 커패시터와 프리휠링 다이오드의 전류 경로에 상기 오극성 보호 장치를 배치함으로써, 위험하게 된 소자들이 오극성 발생 시에 파손으로부터 보호된다. 상기 오극성 보호 장치를 통해 흐르는 전류가 상기 모터의 공급 회로에서의 전류보다 훨씬 더 작기 때문에, 상기 오극성 보호 장치는 그에 상응하게 더 낮은 손실 전력용으로도 설계될 수 있다. 상기 오극성 보호 장치의 출력 손실은 예를 들어 10배 이상으로 감소된다.
상기 다이오드를 가지는 트랜지스터 스위치가 전력 MOSFET로서 형성됨으로써, 이 오극성 보호 장치는 간단하고, 안전하게 작동하도록 형성된다.
상기 오극성 보호 장치의 바람직한 커플링은 다음과 같다. 상기 다이오드를 구비하는 트랜지스터 스위치가 n-채널 전력 MOSFET로서 형성되어 있으며 그 드레인 단자는 상기 전해 커패시터의 마이너스(minus) 단자 및 상기 프리휠링 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 프리휠링 다이오드의 캐소드는 상기 직류 모터의 양극 쪽(positive side)에 위치하며, 상기 MOSFET의 소스 단자는 상기 직류 모터의 음극 쪽(negative side)에 연결되어 있으며, 상기 MOSFET의 게이트 단자는 저항을 통해 양의 전압부에 연결되어 있다. 이 때 상기 전력 MOSFET의 보호를 위해 바람직하게, 드레인 단자와 게이트 단자 사이에 제너 다이오드(Zener diode)가 연결되어 있으며, 상기 제너 다이오드의 애노드는 상기 드레인 단자에, 그 캐소드는 게이트 단자에 위치한다.
상기 오극성 보호 장치의 또 다른 양호한 구성은 다음과 같다. 즉, 상기 다이오드를 가지는 트랜지스터 스위치는 n-채널 전력 MOSFET로서 형성되어 있으며 그 드레인 단자가 상기 직류 모터의 양극 쪽과 연결되어 있으며, 상기 소스 단자가 상기 전해 커패시터의 플러스(plus) 단자 및 상기 프리휠링 다이오드의 캐소드에 연결되며, 상기 프리휠링 다이오드의 애노드는 상기 직류 모터의 음극 쪽에 위치한다.
상기 전력 MOSFET는 인버스로 동작되는데, 왜냐하면 이것이 집적 다이오드(integrated diode)를 포함하기 때문이다. 정상 동작시, 즉 역으로 동작되지 않는 경우, 상기 다이오드는 오극성 발생 시에 상기 오극성 보호 장치를 단락시킨다.
이 직류 모터의 제어를 위해서 다른 보호 장치를 더 배치할 수 있다. 상기 직류 모터는 또다른 전력 MOSFET에 의해 클록되어 제어되며, 또다른 전력 MOSFET의 제어 유닛은 오극성 발생시 상기 오극성 보호 장치에 의해 차단된다. 상기 오극성 보호 장치를 통해 상기 또다른 전력 MOSFET 및 제어 컴포넌트들이 보호된다. 오극성 발생 시에 나타나는 직류 모터의 역회전은 무해하다.
도 1은 스위칭 장치가 그 플러스 분기부(plus branch)에 위치하는, 오극성 보호 장치를 가지는 직류 모터를 위한 제어 회로의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 2는 스위칭 장치가 그 마이너스 분기부(minus branch)에 위치하는, 오극성 보호 장치를 가지는 직류 모터의 제어 회로를 위한 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 1에 도시된 것처럼, 집적 다이오드(D1)를 가지는 스위칭 장치(S1)에 의해 클록(clock)되는 직류 모터(2)가 배터리 전압부(UB)에 접속되어 있다. 하나의 전해 커패시터(C)는 인버스로 동작되는 n-채널 전력 MOSFET의 형태인 오극성 보호 장치및 상기 스위칭 장치(S1)를 통해 상기 직류 모터(2)에 병렬로 접속되어 있다. 또한 프리휠링 다이오드(D2)도 마찬가지로 상기 오극성 보호 장치를 통해 상기 직류 모터(2) 자체에 병렬로 접속되어 있으며, 이 경우 상기 프리휠링 다이오드(D2)의 캐소드는 상기 직류 모터(2)의 양극측에 그리고 프리휠링 다이오드의 애노드는 상기 전해 커패시터(C)의 마이너스측 및 전력 MOSFET(3)의 드레인 단자에 연결되어 있다. 상기 전력 MOSFET(3)의 소스 단자는 상기 배터리 전압부(UB)의 음극과 연결된 상기 직류 모터(2)의 마이너스극측에 위치한다. 상기 전력 MOSFET(3)의 게이트 단자는 저항(R)을 통해 양의 배터리 전압부(UB)에 위치한다. 이 드레인 단자와 상기 게이트 단자 사이에 제너 다이오드(Z)의 캐소드가 상기 게이트 단자에 위치하며, 그 애노드는 상기 드레인 단자에 위치한다.
또한 마이크로콘트롤러(4), 전압 공급 회로(5) 및 부트스트랩 회로(6)를 가지는 회로 부분은, 상기 오극성 보호 장치의 스위치가 개방되면, 즉 오극성이 존재하면, 전압 공급 회로(5)가 상기 마이크로콘트롤러(4)에 더 이상 전압을 공급하지 않는 방식으로 상기 오극성 보호 장치에 연결되어 있다. 이 마이크로콘트롤러(4)는 드라이버(driver)에 의해 스위칭 장치(S1)를 제어한다.
스위칭 유닛으로서 이용되는 전력 MOSFET의 형태인, 상기 오극성 보호 장치의 스위치는 정상 동작에서는 닫혀 있다. 상기 배터리 전압부(UB)가 전극에 잘못 연결되면, 이 전력 MOSFET(3)가 차단되고, 즉 상기 스위칭 유닛이 개방된다. 이 경우 상기 드레인-소스 구간에 병렬로 연결된 집적 인버스 다이오드(integrated inverse diode)도 마찬가지로 차단 방향으로 위치한다. 그 때문에 전류 경로가 상기 전해 커패시터(C)와 프리휠링 다이오드(D2)를 통해 차단되고, 역방향 전류만이 상기 직류 모터(2)를 통해 흘러가지만, 직류 모터에 손상을 주지는 않는다. 상기 오극성 보호 장치가 전류 회로 내에서 상기 직류 모터(2)의 전기 공급 회로 외부에 배치되고, 극 연결이 올바른 경우 훨씬 더 적은 전류가 상기 전류 회로를 통해 흘러가는, 즉 상기 전해 커패시터(C)를 통하는 전류와 상기 프리휠링 전류만이 흘러가기 때문에, 그에 상응하게 적은, 드레인 단자와 소스 단자 사이의 벌크(bulk) 저항을 통해 야기된 전력 손실이 오극성 보호 장치에서 발생된다.
집적 다이오드(D1)가 병렬 연결된 클록 스위칭 장치(S1)에 연결되어 있는 상기 직류 모터(2)용 제어 회로(1')를 나타내는 도 2의 구성은 도 1에 도시된 구성과 유사하고, 그 작용 방식에 있어서는 일치한다. 구성면에서 도 1과의 차이는, 집적 인버스 다이오드(D3)를 갖고 인버스로 동작되는, 바람직하게는 n-채널 전력 MOSFET로 형성되는 스위칭 유닛(3')이 상기 전해 커패시터(C)의 플러스 단자(plus connection)와 배터리 전압부(UB)의 양극 사이에 연결되어 있다는 것이다. 상기 전해 커패시터(C)의 상기 플러스 단자에 상기 프리휠링 다이오드(D2)의 캐소드가 연결되어 있으며, 프리휠링 다이오드의 애노드는 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에서 직류 모터와 상기 스위칭 장치(S1) 사이에 연결되어 있다. 반드시 필요하지는 않지만, 간섭 억제 목적에 이용되는, 필름 커패시터(film capacitor)의 형태인 또다른 커패시터(C1)가 양의 공급선과 음의 공급선 사이에 위치한다. 그에 상응하는 커패시터가 도 2에 따른 실시예에서도 제공될 수 있다.
마이크로콘트롤러(4), 전압 공급 회로(5) 및 부트스트랩 회로(6)를 가지는 회로 부분은 상기 스위칭 유닛(3')의 스위치가 개방되면, 즉 도 1에 따른 실시예와 같이 오극성이 존재하면, 상기 전압 공급 회로(5)가 상기 마이크로콘트롤러(4)에 더 이상 전압을 공급하지 않는 방식으로 상기 스위칭 유닛(3')의 형태인 오극성 보호 장치에 연결되어 있다. 이 마이크로콘트롤러(4)는, 예를 들어, 펄스 폭 변조로 20KHz의 클록 주파수로 상기 직류 모터(2)를 구동하기 위한 드라이버(7)에 의해 상기 스위칭 장치(S1)를 제어한다.
상기 배터리 전압부(UB)가 오극성을 가질 경우 스위칭 유닛(3')의 스위치는 개방되거나 상기 전력 MOSFET는 차단된다. 이에 의해, 전해 커패시터(C)와 프리휠링 다이오드(D2)를 통과하는 전류가 차단되어 전해 커패시터(C) 및 프리휠링 다이오드(D2)가 보호된다. 또한 마이크로콘트롤러(4)에 전압이 공급되지 않아 스위칭 장치(S1)의 제어부가 차단된다. 따라서 이런 구성으로, 오극성 보호 장치의 손실 전력이 적으면서도 위험에 놓인 부재들의 확실한 보호가 달성된다.

Claims (7)

  1. 직류 모터(2)의 전류 공급 회로 외부에 배치된 오극성 보호 장치를 포함하는 제어 회로로서, 상기 오극성 보호 장치는 트랜지스터 스위치 및 상기 트랜지스터 스위치에 병렬 접속된 다이오드(D3)를 가지며, 한편으로는 프리휠링 다이오드(D2)의 전류 회로에 접속되는, 상기 직류 모터(2) 제어 회로에 있어서,
    상기 오극성 보호 장치는 다른 한편으로는 상기 직류 모터(2)와 병렬 접속된 전해 커패시터(C)의 전류 회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 스위치는 상기 다이오드(D3)와 함께 전력 MOSFET(3)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 스위치는 상기 다이오드(D3)와 함께 n-채널 전력 MOSFET(3)로서 형성되어 있으며, 상기 n-채널 전력 MOSFET(3)의 드레인 단자는 상기 전해 커패시터(C)의 마이너스 단자 및 상기 프리휠링 다이오드(D2)의 애노드에 연결되어 있으며, 상기 프리휠링 다이오드(D2) 캐소드는 상기 직류 모터(2)의 양극 쪽에 연결되고,
    상기 n-채널 전력 MOSFET의 소스 단자는 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에 연결되어 있으며,
    상기 n-채널 전력 MOSFET의 게이트 단자는 저항을 통해 양의 전압에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 드레인 단자와 게이트 단자 사이에 제너 다이오드(Z)가 연결되어 있으며, 상기 제너 다이오드의 애노드는 상기 드레인 단자에 연결되고, 상기 제너 다이오드의 캐소드는 상기 게이트 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 트랜지스터 스위치는 상기 다이오드(D3)와 함께 n-채널 전력 MOSFET(3)로서 형성되어 있으며, 상기 n-채널 전력 MOSFET(3)의 드레인 단자는 상기 직류 모터(2)의 양극 쪽과 연결되어 있으며, 상기 n-채널 전력 MOSFET(3)의 소스 단자는 상기 전해 커패시터(C)의 플러스 단자 및 상기 프리휠링 다이오드(D2)의 캐소드에 연결되며, 상기 프리휠링 다이오드의 애노드는 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력 MOSFET(3)는 인버스로 동작되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직류 모터(2)는 또다른 전력 MOSFET(S1, D1)에 의해 클록되어 제어되며, 상기 또다른 전력 MOSFET(S1, D1)의 제어 유닛(μC)은 오극성 발생시 상기 오극성 보호 장치에 의해 스위치 오프되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
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