KR100851056B1 - 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및회로 - Google Patents

역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 구동 장치의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하기 위한 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것이다. 본 발명은 힘 반영 햅틱 장치(Haptic Device)용 모터 구동 회로에 적용되어, 햅틱 장치의 사용 시 구동 모터에서 발생되는 역기전력으로 인한 성능 저하를 방지한다. 현재까지의 햅틱 장치는 대부분 전기모터에 의해 구동되며, 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 모터 구동 회로를 장착하여 사용된다. PWM 신호는 H형태의 H-브리지 회로를 통하여 입력 전원으로 증폭되어 모터를 구동한다. 본 발명은 PWM 신호와 방향(DIR)신호를 받아 PWM신호가 로우일 때 출력이 로우가 되도록 하여 H-브리지 회로의 스위치를 스위칭하는 것으로, 햅틱 장치의 사용 시 발생하는 전기모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화한다. 이에 따라서, 본 발명의 모터 구동 회로는 햅틱 장치의 모터 구동을 위한 PWM 신호 처리기; 및 모터구동을 위한 H-브리지 회로로 구성된다. 본 발명에 의한 햅틱 장치용 모터 구동 회로는 힘반영이 필요한 사용자 인터페이스에 널리 응용될 수 있으며, 특히, 저가형 게임기 등의 조정기구 및 로봇 등의 기계시스템의 운전/조종 등의 분야에서 활용될 수 있다.

Description

역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및 회로{Motor driving method and circuit for minimizing resistance of counter electromotive force}
도 1은 종래의 모터 구동 회로를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 2는 도 1에 의한 PWM 방식에 의한 모터 구동 제어 논리 테이블이다.
도 3은 모터 출력이 0인 순간의 모터 구동 회로의 등가회로도이다.
도 4는 본 발명에 의한 모터 구동 회로를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 도 4에 의한 PWM 방식에 의한 모터 구동 제어 논리 테이블이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...PWM신호 15...방향신호
20...제어로직회로 30...H-브리지회로
320-380,,,스위치 400...모터
500...전원
본 발명은 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 구동 장치의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하기 위한 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 힘 반영 햅틱 장치(Haptic Device)용 모터 구동 회로에 적용되어, 햅틱 장치의 사용 시 구동 모터에서 발생되는 역기전력으로 인한 성능 저하를 방지하기 위한 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것이다.
햅틱 장치는 조작자로부터 위치 입력을 받고, 조작자로 하여금 힘을 느낄 수 있도록 고안된 양방향 입출력 장치이다. 일반적으로 햅틱 장치는 모터로 구동 되는 기구부, 핸들과 같은 사용자 연결장치, 사용자 연결 장치의 위치 인식을 위한 센서부, 그리고 이들의 제어와 신호처리를 위한 제어기로 구성된다.
햅틱 장치의 대표적인 성능 항목으로서, 얼마나 넓은 영역에서 조작자의 위치 입력을 감지할 수 있는 가에 관한 위치 인식 가능 영역의 크기, 얼마나 정확하게 조작자의 위치입력을 감지할 수 있는 가에 관한 위치 인식의 정확도, 얼마나 큰 힘을 조작자에게 반영할 수 있는 가에 관한 최대 출력, 및 조작자의 운동에 따라 햅틱 장치 자체에서 발생하는 저항력의 크기에 관한 최대 저항력을 들 수 있다.
본 발명의 모터 구동 방법 및 회로는 햅틱장치의 성능 항목 중 최대 저항력을 줄이는 기술에 관한 것이다. 앞서 설명한 바와 햅틱장치는 조작자로 하여금 가상적으로 힘을 느끼게 하여, 현실감을 주기위해 고안된 것으로, 장치 자체에 저항력이 있을 경우, 사용자는 피로감을 쉽게 느낄 수 있고, 더구나, 이러한 저항력은 반영하고자 하는 힘을 왜곡할 수 있다. 또한, 이를 보정하기 위해서는 고가의 센서 및 관련 장치가 필요하다.
햅틱장치의 저항력은 기구부의 기계적 저항에서도 발생하지만, 전기모터의 역기전력을 통해서도 발생하며, 특히 가장 대표적인 모터 구동 회로인 PWM 및 H-브리지 회로는 가격적인 장점에도 불구하고 이런 문제 때문에 햅틱장치의 성능에 악영향을 미치는 것이 현실이다. 이를 극복하기 위해서 많은 햅틱 장치들이 모터 구동회로에 전류증폭방식의 회로를 채용하고 있지만, 이는 고가의 센서 및 관련 회로의 복잡성을 유발하는 단점을 가지고 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적인 과제는, 햅틱 장치와 같은 모터 구동 장치의 모터구동을 위한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및 회로를 제공하여, 별도의 센서 없이도 역기전력에 의한 구동 저항력을 최소화하여 고품질의 힘반영 성능을 가진 햅틱 장치를 구현함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 방법에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 단계; 및 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력하는 단계를 포함하여, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법을 제공한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 회로에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 제어로직부를 포함하며, 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력함으로써, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및 회로의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 본 발명의 특징 및 작용을 설명하기에 앞서, 기존 회로의 특징을 먼저 살펴보면 다음과 같다.
대표적인 PWM 방식의 모터 구동 회로는 도 1에 나타낸 바와 같다. 기존 회로의 제어 로직은 상위 제어기의 PWM 입력 신호(1)에 따라 제어로직부(2)에서 구동신호를 출력하게 되며, 이 구동신호들은 H-브리지 회로(3) 상의 4개의 드라이브 스위치(32, 34, 36, 38)(S1, S2, S3, S4)를 On-Off 제어하며, 도 2는 드라이브 스위치 구동 로직 테이블이다. 이때 모터(40)에 인가되는 등가 전압(Vm)의 크기는
Vm = (2.0) x (Vss) x (PWM Duty Cycle-0.5)
가 되며, 여기서 Vss는 전원전압(5)을 나타내고, PWM 듀티 사이클(Duty Cycle; 듀티비)은 PWM 신호의 펄스 주기당 On이 유지되는 시간의 비율을 나타낸다.
모터 출력이 0 인 순간의 듀티비는 0.5이다. 이 경우는 모터의 양극단이 회로적으로 연결된 상태로 도 3에서 보는 바와 같은 등가회로를 구성한다고 볼 수 있다. 모터(40)의 양극단(42, 4)이 연결된 상태에서 만약 모터가 외부의 힘에 의하여 동작하게 되면, 모터(40)는 발전기로 동작하여 역기전력에 의하여 모터의 동작에 반하는 저항력이 발생한다. 이런 회로적인 문제로 도 1의 PWM 구동 회로를 햅틱 장치용 모터에 적용할 경우, 상위 제어기에서 모터의 출력이 0이 되도록 PWM신호를 생성하여도, 조작자에게 저항력을 느끼게 하여 햅틱장치의 성능을 저하시킨다.
본 발명은 이런 단점을 해결하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 방법에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 단계; 및 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력하는 단계를 포함하여, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 모터 구동 방법은 모터를 사용하는 시스템에 모두 적용할 수 있지만, 여기서는 조작자로 하여금 가상적으로 힘을 느끼게 하여 현실감을 주기 위해 사용되는 햅틱장치의 모터 구동 회로에 적용되는 것을 구체적으로 설명하기로 한다.
<실시예>
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 햅틱 장치를 위한 모터 구동회로의 구성도이다. 본 발명에서는 앞서 언급한 역기전력에 의한 저항력 문제를 해결하기 위하여, 도 4와 같은 구동회로를 고안하였으며, 햅틱장치용 제어로직을 도 5와 같이 구현함으로써 역기전력을 최소화할 수 있도록 하였다. 도 5와 같은 제어 로직을 위한 구체적인 회로는 다양한 형태로 존재하기 때문에 본 실시예에서는 설명을 생략한다.
본 발명의 PWM 방식의 모터 구동 회로는 도 4에 나타낸 바와 같다. 제어로직부(20)의 제어 로직은 구현된 햅틱 장치용 제어로직의 입력은 PWM신호(10)와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향(DIR)신호(15)이며, 제어로직부(20)에서 입력신호들을 논리조합하여 구동신호를 출력하게 되며, 이 구동신호들은 H-브리지 회로(30) 상의 4개의 드라이브 스위치(320, 340, 360, 380)(S1, S2, S3, S4)를 On-Off 제어하며, 도 2는 드라이브 스위치 구동 로직 테이블이다. .
이때 모터(400)에 인가되는 전압의 크기는
Vm = (Vss) x (PWM Duty Cycle)
가 되며, 전압의 극성은 DIR신호가 High인 경우는 양의 값이 되고, Low인 경우에는 음의 값이 된다.
이렇게 구성된 모터 구동회로는 PWM 신호가 High인 경우에는 모터에 전압이 인가되며, PWM 신호가 Low인 경우에는 모든 드라이브 스위치(320, 340, 360, 380)(S1, S2, S3, S4)를 오프(Off)함으로써 모터의 양극이 연결되던 기존의 경우와는 다르게, 회로적으로 분리가 되며, 이 경우 역기전력은 발생하지 않는다.
이렇게 구현된 모터 구동회로가 햅틱 장치에 적용될 경우, 역기전력에 의한 햅틱 장치의 저항력은 최소화 될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 햅틱 장치와 같은 모터 구동 장치의 모터구동을 위한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법 및 회로를 제공하여, 별도의 센서 없이도 역기전력에 의한 구동 저항력을 최소화하여 고품질의 힘 반영 성능을 가진 햅틱 장치를 구현할 수 있다.

Claims (2)

  1. 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 방법에 있어서,
    상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 단계; 및
    상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력하는 단계를 포함하여, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 방법.
  2. 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 회로에 있어서,
    상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 제어로직부를 포함하며, 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력함으로써, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07298681A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Shimadzu Corp 回診用ｘ線装置の走行用モーター回路
JPH0918313A (ja) * 1995-06-30 1997-01-17 Toyota Motor Corp 負荷駆動回路の制御方法
KR19990007105A (ko) * 1997-06-30 1999-01-25 가네코 히사시 펄스폭변조(pwm) 모드에서의 회전속도를 간단히 줄일 수 있는 모터 구동 장치 및 그 방법
JPH11275880A (ja) 1998-03-23 1999-10-08 Denso Corp モータ駆動回路の制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07298681A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Shimadzu Corp 回診用ｘ線装置の走行用モーター回路
JPH0918313A (ja) * 1995-06-30 1997-01-17 Toyota Motor Corp 負荷駆動回路の制御方法
KR19990007105A (ko) * 1997-06-30 1999-01-25 가네코 히사시 펄스폭변조(pwm) 모드에서의 회전속도를 간단히 줄일 수 있는 모터 구동 장치 및 그 방법
JPH11275880A (ja) 1998-03-23 1999-10-08 Denso Corp モータ駆動回路の制御方法

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