KR101591642B1 - 모터 드라이버 - Google Patents

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KR101591642B1
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유야 마에카와
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산켄덴키 가부시키가이샤
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Abstract

(과제)
본 발명은, 마이크로컴퓨터로부터의 드라이브 신호에 의거하여 모터록을 검출할 수 있는 모터 드라이버를 제공한다.
(해결수단)
드라이브 신호의 입력을 검출하여 모터록을 검출하도록 구성되어 있다. 그리고 3상의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3) 중에서 1상의 드라이브 신호가 입력된 후에, 미리 설정된 모터록 판단시간(Ｔｂ)이 경과할 때까지 3상 모두의 드라이브 신호(Ｌｉｎ3 또는 Ｌｉｎ1 또는 Ｌｉｎ2)가 입력되지 않는 경우에, 모터록 보호신호를 출력하는 모터록 검출회로(33)를 구비하고 있다.

Description

모터 드라이버{MOTOR DRIVER}
본 발명은, 브러시리스 모터(brushless motor)를 구동하는 모터 드라이버에 관한 것이다.
도8에 나타나 있는 바와 같이 상위장치(上位裝置)인 마이크로컴퓨터(microcomputer)(1)로부터의 드라이브 신호(drive 信號)를 최적(最適)의 전압 및 스위칭 스피드(switching speed)로 변환하여 내장된 인버터 회로(inverter 回路)를 드라이브함으로써 브러시리스 모터(2)를 구동하는 구동신호를 출력하는 모터 드라이버(3)가 알려져 있다. 마이크로컴퓨터(1)는, 도9(a)에 나타나 있는 바와 같은 브러시리스 모터(2)로부터의 홀 입력신호(hole 入力信號)(Ｈｕ, Ｈｖ, Ｈｗ)에 의거하여 회전자(回轉子)의 위치를 파악하여, 도9(b)에 나타나 있는 바와 같은 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3, Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)를 출력한다.
종래로부터 도8에 나타내는 모터 구동 시스템(motor 驅動 system)에 있어서의 모터록(motor lock)의 검출은, 마이크로컴퓨터(1)가 브러시리스 모터(2)로부터의 홀 입력신호에 의거해서 하고 있다(예를 들면 특허문헌1 참조). 마이크로컴퓨터(1)는, 브러시리스 모터(2)로부터의 홀 입력신호를 모니터하여, 모터 구동상태에서 홀 입력신호가 소정의 시간 동안 절환되지 않을 경우나, 홀 입력신호에 의거하여 산출된 회전속도가 임계치(臨界値)에 도달하지 않아 기동시의 120° 통전방식(通電方式)으로부터 180° 통전방식으로 소정의 시간내에 절환되지 않을 경우에 모터가 구속상태인 모터록을 검출한다.
특허문헌1 ; 일본국 공개특허 특개2000-175482호 공보
그러나 종래기술에서는, 마이크로컴퓨터(1)가 폭주하여 모터록 보호가 듣지 않게 된 경우에, 마이크로컴퓨터(1)로부터의 드라이브 신호가 정상적으로 출력되지 않아 후단(後段)의 모터 드라이버(3)가 파괴에 이르러 버린다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 감안하여 종래기술의 문제를 해결함으로써, 마이크로컴퓨터로부터의 드라이브 신호에 의거하여 모터록을 검출할 수 있는 모터 드라이버를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 모터 드라이버는, 순차적으로 입력되는 3상의 드라이브 신호에 의거하여 인버터 회로를 드라이브함으로써 브러시리스 모터를 구동하는 구동신호를 출력하는 모터 드라이버로서, 상기 드라이브 신호의 입력을 검출하여 모터록을 검출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 마이크로컴퓨터로부터의 드라이브 신호에 의거하여 모터록을 검출할 수 있기 때문에, 모터록 보호기능을 탑재하지 않은 마이크로컴퓨터에 대하여 유효한 것은 물론, 모터록 보호기능을 탑재한 마이크로컴퓨터에 대하여도 마이크로컴퓨터측이 고장, 폭주하였을 경우에 모터 드라이버 자체에 의하여 보호를 받을 수 있기 때문에 안전하다는 효과를 얻을 수 있다.
도1은, 본 발명에 관한 모터 드라이버의 실시형태의 구성을 나타내는 회로구성도이다.
도2는, 도1에 나타내는 모터록 검출회로의 구성을 나타내는 회로구성도이다.
도3은, 도2에 나타내는 모터록 검출회로 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 도면이다.
도4는, 도2에 나타내는 모터록 검출회로 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 도면이다.
도5는, 도2에 나타내는 모터록 검출회로 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내는 도면이다.
도6은, 도1에 나타내는 홀 입력신호 및 드라이브 신호의 파형도이다.
도7은, 도1에 나타내는 모터록 검출회로의 다른 구성예를 나타내는 회로구성도이다.
도8은, 종래의 모터 구동 시스템의 구성을 나타내는 구성도이다.
도9는, 도8에 나타내는 홀 입력신호 및 드라이브 신호의 파형도이다.
다음에 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또 각 도면에 있어서 동일한 구성에는, 동일한 부호를 붙이고 이에 대한 일부 설명을 생략하고 있다.
본 실시형태의 모터 드라이버(motor driver)(30)는, 도1을 참조하면 드라이버 회로(driver 回路)(31)와, 인버터 회로(inverter 回路)(32)와, 모터록 검출회로(motor lock 檢出回路)(33)와, 부트 콘덴서(boot condenser)(C1)를 구비하고 있다. 부트 콘덴서(C1)는 드라이버 회로(31)의 부트스트랩 전원(bootstrap 電源)으로서 기능한다. 또 인버터 회로(32)는 모터 드라이버(30)의 외부에 설치되더라도 좋다.
인버터 회로(32)는, 스위칭 소자(switching 素子)에 환류용 다이오드(環流用 diode)를 역병렬 접속한 병렬회로를 하이 사이드 암(high side arm) 및 로우 사이드 암(low side arm)에 구비되는 직렬회로가 U, V, W상(相)의 각각에 대응하여 설치되고, 스위칭 소자를 온/오프 제어함으로써 구동신호를 출력한다.
드라이버 회로(31)는, 마이크로컴퓨터(microcomputer)(1)로부터 입력된 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3, Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)를 최적(最適)의 전압 및 스위칭 스피드(switching speed)로 변환하여 인버터 회로(32)에 출력한다. 또 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3)는 인버터 회로(32)에 있어서의 U, V, W상의 하이 사이드 암의 스위칭 소자를 각각 구동하는 드라이브 신호이며, 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)는 인버터 회로(32)에 있어서의 U, V, W상의 로우 사이드 암의 스위칭 소자를 각각 구동하는 드라이브 신호이다.
모터록 검출회로(33)는, 도2를 참조하면 앤드회로(AND回路)(ＡＮＤ1, ＡＮＤ2, ＡＮＤ3, ＡＮＤ4)와, 반전회로(反轉回路)(ＩＮＶ1, ＩＮＶ2, ＩＮＶ3, ＩＮＶ4)와, 플립플롭(flip flop)(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)과, 펄스 확장회로(pulse 擴張回路)(34)와, 오어회로(OR回路)(ＯＲ1)와, 스위치 소자(Q1)와, 정전류회로(定電流回路)(ＣＣ1)와, 콘덴서(condenser)(C2)와, 비교기(comparator)(ＣＯＭＰ1)를 구비하고 있다. 그리고 모터록 검출회로(33)는, 입력단자(T1, T2, T3)에 각각 입력되는 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)를 모니터함으로써 브러시리스 모터(brushless motor)(2)의 모터록을 검출하여, 출력단자(T4)로부터 모터록 보호신호를 드라이버 회로(31)에 출력한다. 또 본 실시형태에서는, 하이 사이드 암의 스위칭 소자를 구동하는 하이 사이드측의 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3)가 ＰＷＭ제어에 의하여 초핑(chopping)되고, 로우 사이드측의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)가 초핑되지 않고 온 제어(on 制御)(입력시 항상 하이레벨(high level))된다. 즉 모터록 검출회로(33)에서는, 초핑되지 않고 온 제어되는 사이드의 드라이브 신호를 모니터함으로써 모터록을 검출한다. 따라서 하이 사이드측의 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3)가 초핑되지 않고 온 제어되는 경우에는, 드라이브 신호(Ｈｉｎ1, Ｈｉｎ2, Ｈｉｎ3)를 입력단자(T1, T2, T3)에 각각 입력해서 모니터하도록 구성한다.
드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 입력되는 입력단자(T1)는, 앤드회로(ＡＮＤ1)의 제1입력단자에 접속되어 있음과 아울러, 반전회로(ＩＮＶ1)를 통하여 앤드회로(ＡＮＤ2)의 제2입력단자와, 앤드회로(ＡＮＤ3)의 제2입력단자에 접속되어 있다. 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ2)가 입력되는 입력단자(T2)는, 앤드회로(ＡＮＤ2)의 제1입력단자에 접속되어 있음과 아울러, 반전회로(ＩＮＶ2)를 통하여 앤드회로(ＡＮＤ1)의 제2입력단자와, 앤드회로(ＡＮＤ3)의 제3입력단자에 접속되어 있다. 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)가 입력되는 입력단자(T3)는, 앤드회로(ＡＮＤ3)의 제1입력단자에 접속되어 있음과 아울러, 반전회로(ＩＮＶ3)를 통하여 앤드회로(ＡＮＤ1)의 제3입력단자와, 앤드회로(ＡＮＤ2)의 제3입력단자에 접속되어 있다. 이에 따라 앤드회로(ＡＮＤ1)의 출력은, 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 하이레벨이고 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3) 모두가 로우레벨(low level)인 경우에만 하이레벨이 된다. 또한 앤드회로(ＡＮＤ2)의 출력은, 드라이브 신호(Ｌｉｎ2)가 하이레벨이고 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ3) 모두가 로우레벨인 경우에만 하이레벨이 된다. 또한 앤드회로(ＡＮＤ3)의 출력은, 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)가 하이레벨이고 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2) 모두가 로우레벨인 경우에만 하이레벨이 된다.
플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)은 리셋(reset) 우선의 논리회로이며, 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)의 각각의 세트 단자(set 端子)에는 앤드회로(ＡＮＤ1, ＡＮＤ2, ＡＮＤ3)의 출력단자가 각각 접속되고, 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)의 각각의 리셋 단자(reset 端子)에는 펄스확장회로(34)의 출력단자가 접속되어 있다. 그리고 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)의 출력단자는 앤드회로(ＡＮＤ4)의 각각의 입력단자에 접속되고, 앤드회로(ＡＮＤ4)의 출력단자는 펄스확장회로(34)의 입력단자에 접속되어 있다. 따라서 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3) 모두가 세트되면, 앤드회로(ＡＮＤ4)가 하이레벨이 되어 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)이 리셋된다. 펄스확장회로(34)는 미리 설정된 시간(Ｔａ) 동안 하이레벨을 유지하는 회로이며, 이에 따라 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)은 세트 신호가 입력되어 있어도 미리 설정된 시간(Ｔａ) 동안에는 리셋 상태가 유지된다.
또한 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)의 출력단자는 오어회로(ＯＲ1)의 각각의 입력단자에 접속되고, 오어회로(ＯＲ1)의 출력단자는 반전회로(ＩＮＶ4)를 통하여 스위치 소자(Q1)의 게이트(gate)에 접속되어 있다. 내부전압(Ｒｅｇ)과 접지단자 사이에는, 정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)가 직렬로 접속되어 있으며, 스위치 소자(Q1)가 콘덴서(C2)와 병렬로 접속되어 있다. 따라서 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3) 중에서 어느 하나라도 세트되어 있는 경우에, 스위치 소자(Q1)가 오프상태(off狀態)가 되어 정전류회로(ＣＣ1)에 의하여 콘덴서(C2)가 충전(充電)된다. 그리고 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3) 모두가 리셋되면, 스위치 소자(Q1)가 온상태(on狀態)가 되어 콘덴서(C2)에 축적된 전하가 방전된다.
정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)와의 접속점은, 반전입력단자가 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 접속되어 있는 비교기(ＣＯＭＰ1)의 비반전입력단자에 접속되어 있다. 따라서 정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)와의 접속점의 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하면, 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력이 하이레벨로 반전하고, 이 하이레벨의 신호가 모터록 보호신호로서 단자(Ｔ4)로부터 드라이버 회로(31)에 출력된다.
다음에 브러시리스 모터(2)가 정상적으로 회전하고 있는 상태에서의 모터록 검출회로(33)의 동작에 대하여 도3을 참조하여 상세하게 설명한다. 도3은, 기동(起動)시의 120° 통전방식(120° 通電方式)의 파형으로서, 모터록이 검출되지 않을 경우의 모터록 검출회로(33) 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내고 있다. 도3(a)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ1), (b)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ2), (c)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ3), (d)는 오어회로(ＯＲ1)의 출력단자와 반전회로(ＩＮＶ4)와의 접속점(A)의 신호파형, (e)는 정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)와의 접속점의 콘덴서 전압(Ｖｃ), (f)는 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력파형을 각각 나타내고 있다.
최초에 시간(Ｔａ0)에서 도3(a)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 입력 즉 하이레벨이 되면, 플립플롭(ＦＦ1)이 세트되어 도3(d)에 나타나 있는 바와 같이 오어회로(ＯＲ1)의 출력인 접속점(A)이 하이레벨이 된다. 이에 따라 스위치 소자(Q1)가 오프상태가 되어, 도3(e)에 나타나 있는 바와 같이 정전류회로(ＣＣ1)에 의한 콘덴서(C2)로의 충전이 시작되어 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 상승한다.
다음에 도3(b)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ2)가 입력 즉 하이레벨이 된 후에, 시간(Ｔａ1)에서 도3(c)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)가 입력 즉 하이레벨이 되면, 모든 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)이 세트되어 앤드회로(ＡＮＤ4)의 출력이 하이레벨이 된다. 이에 따라 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)이 리셋되어 접속점(A) 즉 오어회로(ＯＲ1)의 출력이 로우레벨이 되기 때문에, 스위치 소자(Q1)가 온상태가 되어 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하기 전에 콘덴서(C2)에 축적된 전하가 방전된다.
펄스확장회로(34)에 의하여 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)의 리셋은 미리 설정된 시간(Ｔａ) 동안 유지되기 때문에, 도3(d)에 나타나 있는 바와 같이 접속점(A) 즉 오어회로(ＯＲ1)의 출력도 미리 설정된 시간(Ｔａ) 동안에는 로우레벨로 유지된다. 이 시간(Ｔａ)은, 콘덴서(C2)에 축적된 전하를 완전하게 방전시키기 위해서 형성되어 있다. 또 방전시간 등에 따라서는 펄스확장회로(34)를 설치하지 않더라도 좋다.
다음에 시간(ｔａ1)으로부터 미리 설정된 시간(Ｔａ)이 경과해서 시간(ｔａ2)에서는, 도3(c)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)가 입력 즉 하이레벨이 되어 있기 때문에, 플립플롭(ＦＦ3)이 세트되어 도3(d)에 나타나 있는 바와 같이 오어회로(ＯＲ1)의 출력인 접속점(A)이 하이레벨이 된다. 이에 따라 스위치 소자(Q1)가 오프상태가 되어, 도3(e)에 나타나 있는 바와 같이 정전류회로(ＣＣ1)에 의한 콘덴서(C2)로의 충전이 다시 시작되어 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 상승한다. 그리고 도3(a)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 입력 즉 하이레벨이 된 후에, 시간(Ｔａ3)에서 도3(b)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ2)가 입력 즉 하이레벨이 되면, 도3(d)에 나타나 있는 바와 같이 접속점(A) 즉 오어회로(ＯＲ1)의 출력이 로우레벨이 되어, 도3(e)에 나타나 있는 바와 같이 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하기 전에 콘덴서(C2)에 축적된 전하가 방전된다.
이와 같이 브러시리스 모터(2)가 정상적으로 회전하고 있는 상태에서는, 3상의 드라이브 신호의 입력이 순차적으로 이루어져서, 1상째의 드라이브 신호의 입력에 의하여 콘덴서(C2)로의 충전이 시작되고, 3상째의 드라이브 신호의 입력에 의하여 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하기 전에 콘덴서(C2)에 축적된 전하가 방전된다. 이에 따라 도3(f)에 나타나 있는 바와 같이 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력은 로우레벨로 유지되어, 모터록 보호신호는 출력되지 않는다.
다음에 브러시리스 모터(2)가 록 되고, 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)만이 하이레벨이 된 상태에서의 모터록 검출회로(33)의 동작에 대하여 도4를 참조하여 상세하게 설명한다. 도4는, 기동시의 120° 통전방식의 파형으로서, 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)만이 하이레벨이 되어 모터록이 검출되었을 경우의 모터록 검출회로(33) 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내고 있다. 도4(a)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ1), (b)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ2), (c)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ3), (d)는 오어회로(ＯＲ1)의 출력단자와 반전회로(ＩＮＶ4)와의 접속점(A)의 신호파형, (e)는 정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)와의 접속점의 콘덴서 전압(Ｖｃ), (f)는 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력파형을 각각 나타내고 있다.
도4에는, 브러시리스 모터(2)가 록 되고 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)만이 입력 즉 하이레벨이 된 상태가 나타나 있다. 시간(ｔｂ0)에서 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)만이 입력 즉 하이레벨이 되면, 플립플롭(ＦＦ1)이 세트되어 도4(d)에 나타나 있는 바와 같이 오어회로(ＯＲ1)의 출력인 접속점(A)이 하이레벨이 된다. 이에 따라 스위치 소자(Q1)가 오프상태가 되어, 도4(e)에 나타나 있는 바와 같이 정전류회로(ＣＣ1)에 의한 콘덴서(C2)로의 충전이 시작되어 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 상승한다.
이후에 도4(b), (c)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)가 입력되지 않기 때문에, 플립플롭(ＦＦ1)이 리셋되지 않아 도4(d)에 나타나 있는 바와 같이 오어회로(ＯＲ1)의 출력인 접속점(A)이 하이레벨로 유지된다. 이에 따라 정전류회로(ＣＣ1)에 의한 콘덴서(C2)로의 충전은 계속된다. 시간(ｔｂ1)에서 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하면, 도4(f)에 나타나 있는 바와 같이 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력은 하이레벨로 반전되고, 이 하이레벨 신호가 모터록 보호신호로서 출력된다.
시간(ｔｂ0)에서 콘덴서(C2)로의 충전이 시작된 후에, 시간(ｔｂ1)에서 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달할 때까지의 시간이, 모터록의 여부를 판단하는 모터록 판단시간(Ｔｂ)이 된다. 즉 1상째의 드라이브 신호의 입력으로부터 모터록 판단시간(Ｔｂ)이 경과할 때까지 3상째의 드라이브 신호가 입력되지 않는 경우에 모터록이 검출된다.
이 모터록 판단시간(Ｔｂ)은, 정전류회로(ＣＣ1)의 전류값과 콘덴서(C2)의 용량에 의하여 결정되고, 실제 동작에 있어서 모터록이 검출되어 모터록 보호가 걸리지 않는 것과 같은 시간으로 설정할 필요가 있다. 모터 주파수가 120° 통전방식으로부터 180° 통전방식으로 절환되기(예를 들면 2Hz)까지의 기동시(움직이기 시작)에서는, 회전축이 회전하고 있지 않기 때문에 당연히 홀 입력신호(hall 入力信號)의 변천(變遷)도 느리고, 그에 따라 120° 통전방식의 드라이브 신호의 주기(周期)도 늦어진다. 따라서 모터록 판단시간(Ｔｂ)을 짧은 시간으로 설정한다면 통상의 기동시에서 모터록 보호가 걸릴 우려가 발생하기 때문에, 회전축에 부착되어 있는 팬(fan) 등의 크기에 기인하는 관성력(慣性力)이나 토크(torque) 등의 조건에 따라 적합하게 설정할 필요가 있다. 예를 들면 일반적인 에어컨 실외기(air conditioner 室外機)의 팬에 사용되는 브러시리스 모터(2)에서는, 3∼5초 정도가 타당하다고 생각된다. 그리고 180° 통전방식으로 절환된 후에는 예를 들면 최저 주파수 2Hz로 하면, 1상째의 드라이브 신호의 입력으로부터 3상째의 드라이브 신호가 입력될 때까지의 시간은 최대 500ｍｓ가 되며, 기동시를 고려해서 설정한 모터록 판단시간(Ｔｂ)보다 당연히 짧은 시간이 되어 정상적인 개점(開店)시에 모터록이 검출되지 않는다.
다음에 브러시리스 모터(2)가 록 되고, 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)가 교대로 하이레벨이 된 상태에서의 모터록 검출회로(33)의 동작에 대하여 도5를 참조하여 상세하게 설명한다. 도5는, 기동시의 120° 통전방식의 파형으로서, 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)가 교대로 하이레벨이 되어 모터록이 검출되었을 경우의 모터록 검출회로(33) 각 부분의 신호파형 및 동작파형을 나타내고 있다. 도5(a)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ1), (b)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ2), (c)는 드라이브 신호(Ｌｉｎ3), (d)는 오어회로(ＯＲ1)의 출력단자와 반전회로(ＩＮＶ4)와의 접속점(A)의 신호파형, (e)는 정전류회로(ＣＣ1)와 콘덴서(C2)와의 접속점의 콘덴서 전압(Ｖｃ), (f)는 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력파형을 각각 나타내고 있다.
브러시리스 모터(2)에서는 3개의 홀 센서(hall sensor)에 의하여 홀 입력신호를 생성하고 있으며, 도9에 나타내는 시간(t2, t4, t6, t8, t10) 부근에 있어서 홀 센서가 전기각(電氣角)의 경계선에 있는 위치에서 회전자가 고정되면, 진동에 의하여 하나의 홀 센서에 따라 검출되는 홀 입력신호가 하이/로우를 반복하여, 생성되는 드라이브 신호가 상 사이를 오고 가고 한다. 예를 들면 도9에 나타내는 시간(t2) 부근에서 회전자가 고정된 경우에는, 진동에 의하여 홀 입력신호(Ｈｗ)가 하이/로우를 반복하여, 도5(b), (c)에 나타나 있는 바와 같이 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)의 입력이 반복되는 경우가 있다.
이러한 경우이더라도 도5(a)에 나타나 있는 바와 같이 1상째의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 입력되지 않기 때문에, 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)의 입력에 의하여 시간(ｔｃ0)에서 시작된 콘덴서(C2)로의 충전은 방전되지 않고 계속되어, 시간(ｔｃ1)에서 콘덴서 전압(Ｖｃ)이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달하면, 도5(f)에 나타나 있는 바와 같이 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력은 하이레벨로 반전되고, 이 하이레벨 신호가 모터록 보호신호로서 출력된다.
또 본 실시형태와 같이 부트 콘덴서(C1)를 구비하고 있는 경우에는, 부트 콘덴서(C1)로의 충전을 위하여 도6에 나타나 있는 바와 같이 정기적으로 부트 충전명령(boot 充電命令)이 들어 있다. 이 부트 충전명령은, ＰＷＭ제어가 이루어지고 있는 하이 사이드측의 드라이브 신호의 오프 시(Ｔｏｆｆ Ｈ )에 수 μs의 펄스 폭으로 이루어진다. 따라서 본 실시형태에서는 부트 충전명령에 의하여 모터록의 검출이 저해되지 않도록, 부트 충전명령에 의하여 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3)이 세트되지 않는 회로구성이 채용되어 있다. 즉 드라이브 신호(Ｌｉｎ1)가 입력 즉 하이레벨인 경우에는, 앤드회로(ＡＮＤ2, ＡＮＤ3)가 차단되어 드라이브 신호(Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)의 부트 충전명령에 의하여 각각 플립플롭(ＦＦ2, ＦＦ3)이 세트되지 않는다. 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ2)가 입력 즉 하이레벨인 경우에는, 앤드회로(ＡＮＤ1, ＡＮＤ3)가 차단되어 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ3)의 부트 충전명령에 의하여 각각 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ3)이 세트되지 않는다. 또한 드라이브 신호(Ｌｉｎ3)가 입력 즉 하이레벨인 경우에는, 앤드회로(ＡＮＤ1, ＡＮＤ2)가 차단되어 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2)의 부트 충전명령에 의하여 각각 플립플롭(ＦＦ1, ＦＦ3)이 세트되지 않는다.
또한 본 실시형태에서는 콘덴서(C2)의 충전시간에 의하여 모터록 판단시간(Ｔｂ)을 설정하도록 구성하였지만, 모터록 판단시간(Ｔｂ)을 카운터(counter)에 의하여 지연시켜 생성하도록 하더라도 좋다. 도7에는, 도2에 나타내는 모터록 검출회로(33)의 구성에 더하여 오어회로(ＯＲ2)와, 정전류회로(ＣＣ2)와, 스위치 소자(Q2)와, 시간생성 카운터(時間生成 counter)(35)와, 보호시간유지 카운터(保護時間維持 counter)(36)를 설치한 모터록 검출회로(33a)가 나타나 있다.
비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력이 시간생성 카운터(35)와 보호시간유지 카운터(36)를 통하여 단자(T4)로부터 출력되도록 구성되어 있다. 또한 접속점(A)과 반전회로(ＩＮＶ4) 사이에 오어회로(ＯＲ2)가 접속되고, 오어회로(ＯＲ2)의 타방(他方)의 입력단자가 단자(T4)에 접속되어 있다. 또한 정전류회로(ＣＣ2)와 스위치 소자(Q2)로 이루어지는 직렬회로가 콘덴서(C2)와 병렬로 접속되고, 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력단자가 스위치 소자(Q2)의 게이트에 접속되어 있다.
시간생성 카운터(35)는, 비교기(ＣＯＭＰ1)의 출력이 하이레벨이 되면, 미리 설정된 대기시간을 카운트한 후에 모터록 보호신호를 출력한다. 즉 콘덴서(C2)의 충전시간에 시간생성 카운터(35)에서 설정된 대기시간을 더한 시간이 모터록을 검출할 때까지의 동작시간이 된다.
보호시간유지 카운터(36)는, 시간생성 카운터(35)로부터 모터록 보호신호가 출력되면, 모터록 보호신호를 단자(T4)로부터 출력함과 아울러 미리 설정된 보호유지시간을 카운트할 때까지 단자(T4)로부터 출력되는 모터록 보호신호를 유지한다. 또한 단자(T4)는 오어회로(ＯＲ2)의 타방의 입력단자에 접속되기 때문에, 모터록 보호신호의 출력에 따라 스위치 소자(Q1)가 온 되어 콘덴서(C2)에 충전된 전하가 방전된다.
이에 따라 브러시리스 모터(2)로 구동신호가 출력되는 동작시간과, 구동신호가 출력되지 않는 보호유지시간을 적절하게 설정할 수 있다. 따라서 예를 들면 브러시리스 모터(2)가 얼어 붙어서 기동하지 않는 경우에도, 파괴에 이르지 않는 일정한 주기로 돌리려고 반복하여 동작시키는 것이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시형태는, 순차적으로 입력되는 3상의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)에 의거하여 내장된 인버터 회로(32)를 드라이브함으로써 브러시리스 모터(2)를 구동하는 구동신호를 출력하는 모터 드라이버(30)로서, 드라이브 신호의 입력을 검출하여 모터록을 검출하도록 구성되어 있다.
이 구성에 따라 모터록 보호기능을 탑재하지 않은 마이크로컴퓨터(1)에 대하여 유효한 것은 물론, 모터록 보호기능을 탑재한 마이크로컴퓨터(1)에 대하여도 마이크로컴퓨터(1)측이 고장, 폭주하였을 경우에, 모터 드라이버(30) 자체에 의하여 보호를 받을 수 있기 때문에 안전하다. 또한 마이크로컴퓨터(1)측에서 구성하는 것보다 모터 드라이버(30)에서 직접 구성하는 것이 차단시의 스피드를 빠르게 할 수 있음과 아울러 파손되기 어렵다.
또한 본 실시형태에 의하면, 3상의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3) 중에서 1상의 드라이브 신호가 입력된 후에, 미리 설정된 모터록 판단시간(Ｔｂ)이 경과할 때까지 3상 모두의 드라이브 신호(Ｌｉｎ3 또는 Ｌｉｎ1 또는 Ｌｉｎ2)가 입력되지 않는 경우에, 모터록 보호신호를 출력하는 모터록 검출회로(33)를 구비하고 있다.
이 구성에 따라, 모터록의 위치에 의하여 3상의 드라이브 신호 중에서 2상이 교대로 입력되는 경우에도 확실하게 모터록을 검출할 수 있다.
또한 본 실시형태에 의하면, 모터록 검출회로(33)는 하나의 상의 드라이브 신호(Ｌｉｎ1 또는 Ｌｉｎ2 또는 Ｌｉｎ3)가 입력되고 있는 동안에는, 다른 상의 드라이브 신호(Ｌｉｎ2와 Ｌｉｎ3 또는 Ｌｉｎ3과 Ｌｉｎ1 또는 Ｌｉｎ2와 Ｌｉｎ1)의 입력을 받아들이지 않는다.
이 구성에 따라, 드라이브 신호(Ｌｉｎ1, Ｌｉｎ2, Ｌｉｎ3)를 이용한 부트 콘덴서 충전명령에 의하여 모터록의 검출이 저해되는 일이 없다.
또한 본 실시형태에 의하면, 모터록 판단시간(Ｔｂ)은 충전에 의하여 콘덴서(C2)의 전압이 기준전압(Ｖｒｅｆ)에 도달할 때까지의 시간에 의하여 설정되어 있다.
이 구성에 따라, 간단한 구성으로 모터록 판단시간(Ｔｂ)을 설정할 수 있다. 또한 콘덴서(C2)를 교체함으로써 간단하게 모터록 판단시간(Ｔｂ)을 변경할 수 있다.
또한 본 실시형태에 의하면, 모터록 검출회로(33a)는 모터록 보호신호의 출력에 의하여 콘덴서(C2)를 방전시킴과 아울러 모터록 보호신호의 출력을, 미리 설정된 보호유지시간을 카운트할 때까지 유지하는 보호시간유지 카운터(36)를 구비하고 있다.
이 구성에 따라, 브러시리스 모터(2)로 구동신호가 출력되는 동작시간과, 구동신호가 출력되지 않는 보호유지시간을 적절하게 설정할 수 있어, 파괴에 이르지 않는 일정한 주기로 돌리려고 반복하여 동작시키는 것이 가능하게 된다.
또 본 발명이 상기 각 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상의 범위내에 있어서 각 실시형태는 적합하게 변경될 수 있는 것은 분명하다. 또한 상기 구성부재의 수, 위치, 형상 등은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명을 실시하는 데 있어서 적합한 수, 위치, 형상 등으로 할 수 있다. 또 각 도면에 있어서 동일한 구성요소에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
1 ; 마이크로컴퓨터
2 ; 브러시리스 모터
3 ; 모터 드라이버
30 ; 모터 드라이버(본 실시형태)
31 ; 드라이버 회로
32 ; 인버터 회로
33, 33a ; 모터록 검출회로
34 ; 펄스확장회로
35 ; 시간생성 카운터
36 ; 보호시간유지 카운터
ＡＮＤ1, ＡＮＤ2, ＡＮＤ3, ＡＮＤ4 ; 앤드회로
C1 ; 부트 콘덴서
C2 ; 콘덴서
ＣＣ1, ＣＣ2 ; 정전류회로
ＣＯＭＰ1 ; 비교기
ＦＦ1, ＦＦ2, ＦＦ3 ; 플립플롭
ＩＮＶ1, ＩＮＶ2, ＩＮＶ3, ＩＮＶ4 ; 반전회로
ＯＲ1, ＯＲ2 ; 오어회로
Q1, Q2 ; 스위치 소자
Tb ; 모터록 판단시간
T1, T2, T3 ; 입력단자
T4 ; 출력단자

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 스위칭 소자(switching 素子)를 구비하는 하이 사이드 암(high side arm) 및 로우 사이드 암(low side arm)이 3상 브러시리스 모터(三相 brushless motor)의 각 상에 대응하여 설치되는 인버터 회로(inverter 回路)를 구비하고,
    상기 스위칭 소자를 각각 구동시키기 위하여 순차적으로 입력되는 3상의 드라이브 신호(drive 信號)에 의거하여 상기 인버터 회로를 드라이브함으로써 상기 3상 브러시리스 모터를 구동하는 구동신호를 출력하는 모터 드라이버(motor driver)로서,
    상기 3상의 드라이브 신호의 입력을 검출하여 모터록(motor lock)을 검출하는 모터록 검출회로(motor lock 檢出回路)를 구비하며,
    상기 3상 중에서 1상의 상기 드라이브 신호가 입력된 후에, 미리 설정된 모터록 판단시간(motor lock 判斷時間)이 경과할 때까지 상기 3상 중에서 모든 상기 드라이브 신호가 입력되지 않는 경우에, 모터록 보호신호를 출력하는 모터록 검출회로를 구비하고,
    상기 모터록 판단시간은, 충전(充電)에 의하여 콘덴서의 전압이 기준전압에 도달할 때까지의 시간에 의하여 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 드라이버.
  5. 스위칭 소자(switching 素子)를 구비하는 하이 사이드 암(high side arm) 및 로우 사이드 암(low side arm)이 3상 브러시리스 모터(三相 brushless motor)의 각 상에 대응하여 설치되는 인버터 회로(inverter 回路)를 구비하고,
    상기 스위칭 소자를 각각 구동시키기 위하여 순차적으로 입력되는 3상의 드라이브 신호(drive 信號)에 의거하여 상기 인버터 회로를 드라이브함으로써 상기 3상 브러시리스 모터를 구동하는 구동신호를 출력하는 모터 드라이버(motor driver)로서,
    상기 3상의 드라이브 신호의 입력을 검출하여 모터록(motor lock)을 검출하는 모터록 검출회로(motor lock 檢出回路)를 구비하며,
    상기 3상 중에서 1상의 상기 드라이브 신호가 입력된 후에, 미리 설정된 모터록 판단시간(motor lock 判斷時間)이 경과할 때까지 상기 3상 중에서 모든 상기 드라이브 신호가 입력되지 않는 경우에, 모터록 보호신호를 출력하는 모터록 검출회로를 구비하고,
    상기 모터록 검출회로는, 상기 3상의 드라이브 신호가 입력되고 또한 하나의 상의 상기 드라이브 신호가 입력되고 있는 동안에는, 다른 상의 상기 드라이브 신호의 입력을 받아들이지 않는 논리회로를 구비하고,
    상기 모터록 판단시간은, 충전(充電)에 의하여 콘덴서의 전압이 기준전압에 도달할 때까지의 시간에 의하여 설정되는 것을 특징으로 하는 모터 드라이버.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 모터록 검출회로는, 상기 모터록 보호신호의 출력에 의하여 상기 콘덴서를 방전시킴과 아울러,
    상기 모터록 보호신호의 출력을, 미리 설정된 보호유지시간을 카운트할 때까지 유지하는 보호시간유지 카운터(保護時間維持 counter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 드라이버.
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