KR101600650B1 - 모터구동회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 모터구동회로는 배터리(104)에 연결하기 위한 정전원레일과 부전원레일, 모터제어회로의 제어신호에 응답하여 모터회로에 연결된 다상 모터(101)의 각 상에 대하여 선택적으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 다수의 모터구동 서브회로로 구성된 모터구동회로와, 모터의 상에 직렬로 배치되고 평상시 서브회로로부터 각 모터상에 전류가 흐를 수 있도록 폐쇄되는 모터의 각 상에 직렬을 이루는 적어도 하나의 스위치로 구성되는 스위칭수단으로 구성된다. 고장신호검출수단(160)이 적어도 하나의 고장상태를 검출하고 고장상태가 검출되는 경우 적어도 하나의 스위치를 개방시킨다. 스너버회로(150)가 모터에 결합되고 모터권선에 저장된 스위치 에너지가 스위칭의 개방후에 스위칭수단으로부터 스너버회로를 통하여 배터리측으로 전환된다.

Description

모터구동회로 {MOTOR DRIVE CIRCUITRY}

본 발명은 모터구동회로의 ROJS에 관한 것으로, 특히 전동식 스티어링조립체에 사용되는 모터구동회로에 관한 것이다.

전동식 스티어링 시스템은 스티어링 휠을 회전시킬 때 차량운전자를 보조하기 위하여 전기모터가 스티어링 시스템의 일부에 보조동력을 지원하는 종류의 것으로 알려져 있다. 모터는 전형적으로 스티어링 컬럼에 작용하거나 또는 감속기어박스를 통하여 스티어링 래크에 작용한다. 스티어링 휠을 회전시킬 때 운전자에 의하여 스티어링 장치에 지원되는 토크의 크기가 프로세서에 보내어지고 이 프로세서는 토크요구신호를 발생하며 이러한 토크요구신호는 요구된 보조토크를 발생토록 모터를 제어하는데 사용된다. 운전자가 지원하는 토크와 동일한 방향의 보조토크를 지원함으로서 스티어링 휠을 회전시키는데 요구되는 힘의 양을 줄일 수 있다.

다상 영구자석 모터와 같은 성형 결선 또는 Y형 결선의 모터일 수 있는 모터는 모터제어회로와 모터구동회로에 의하여 제어된다. 모터구동회로는 제어회로에 의하여 제공되는 제어패턴에 따라서 개방되거나 배터리 또는 어스와 같은 DC 소스에 모터의 상(phase)을 연결하기 위하여 폐쇄될 수 있는 스위치로 구성된다. 특히 각 상은 턴온 되었을 때 모터 상을 정전원레일(positive supply rail)에 연결하는 상부트랜지스터를 통하여 정전원레일에 연결된다. 마찬가지로, 각 상은 하부트랜지스터를 통하여 부전원레일(negative supply rail)에 연결된다. 스위치 온 되었을 때 하부트랜지스터는 상을 부전원레일에 연결하고 이러한 레일은 배터리의 마이너스부분 또는 어스에 연결된다. 두 트랜지스터, 즉, 상부트랜지스터 및 하부트랜지스터는 구동회로의 심장부인 다중암형의 브릿지회로에서 하나의 암을 구성한다. 스위치를 개방하고 폐쇄함으로서 모터의 각 상에 전류를 선택적이고 독립적으로 보낼 수 있다.

제어회로는 디지털 또는 아날로그회로 또는 이들의 조합으로 구성된다. 제어회로의 기능은 전류가 주어진 모터토크 및 속도를 위하여 요구된 바에 따라서 상을 통하여 흐르도록 하는 패턴으로 브릿지 트랜지스터를 개방 및 폐쇄하도록 이들 브릿지 트랜지스터에 제어신호를 공급하는 것이다. 일반적으로 이러한 패턴은 모터 위치와 토크센서에 의하여 스티어링 시스템에서 측정된 토크에 따라서 제어회로에 의하여 설정될 것이다. 전형적으로 브릿지의 각 암의 패턴은 펄스폭변조파형으로 구성된다.

이러한 시스템이 갖는 문제점은 브릿지의 암의 상부트랜지스터와 브릿지의 다른 암의 하부트랜지스터가 폐쇄상태로 고정되어버려 정전원레일과 모터의 적어도 두개의 상을 통하여 배터리로부터 부전원레일측으로 DC 전류의 영구전로가 형성되는 고장모드가 일어날 수 있다는 것이다. 이는 구동회로에 가하여지는 제어패턴이 트랜지스터가 폐쇄상태로 남도록 부정확하게 트랜지스터에 지시하는 결과를 가져오도록 하는 제어회로의 고정과 같은 많은 이유에서 일어난다. 이러한 고정상태가 발생될 때 모터가 회전되는 것이 방해받아 운전자가 스티어링 휠을 회전시키기 어렵도록 한다.

종래기술의 모터회로의 한 예와 이러한 형태의 고장모드가 첨부도면 도 1에서 설명된다. 배터리는 3상 영구자석 모터(8)에 급전하는 상부스위치(2, 3, 4)와 하부스위치(5, 6, 7)를 갖는 3상 브릿지에 전력을 공급한다. 만약 하나의 상부스위치와 하나의 하부스위치(2, 7)가 폐쇄상태로 고정된 경우 이는 DC 클램프 전류가 모터의 두 상을 통하여 흐르도록 한다.

이러한 고장상태가 원인이 되는 잠재적인 위험을 줄이기 위하여 여러 방법이 제안되었다. 모터와 이러한 모터가 연결되는 스티어링장치의 일부분 사이에 클러치가 제공될 수 있다. 고장이 검출되었을 때 이러한 클러치가 개방되어 모터를 스티어링의 다른 부분으로부터 분리할 수 있도록 한다. 다른 방법으로서, 고장상태가 검출되는 경우 토크발생전류를 차단하기 위하여 개방될 수 있는 기계적인 릴레이를 모터 상권선에 직렬로 배치하는 것이 알려져 있다. 릴레이는 평상시 폐쇄되어 있다가 고장이 검출될 때 개방되어 전류의 전로를 차단한다. 이러한 예가 도 1에 도시되어 있는 바, 여기에서는 2극형 릴레이(9)가 모터의 두 상에 직렬로 연결되어 있는 것을 보이고 있다. 그러나, 이러한 릴레이를 제공하는 것은 전기기계적인 장치의 신뢰성, 사용수명기간 동안 접점저항의 변화, 진동/온도에 대한 민감성과, 제한된 유도부하전류 스위칭능력 등이 결점이다.

본원 출원인은 특허문헌 US 6,577,086 B2의 교시내용으로부터 스위치가 모터구동회로의 각 암과 그 각각의 상 사이에 제공되는 것을 알 수 있었다. 이러한 스위치 역시 평상시에는 폐쇄되었다가 고장이 발생하는 경우 전로를 차단하기 위하여 개방될 수 있다. 그러나, 본원 출원인은 이러한 구성에 상당한 제약이 있음을 알게 되었고 회로가 문제의 해결을 위하여 제공된 것이 아니고 전류가 흐르지 않을 때 일어나는 모터내에서의 폐쇄루우프 단락을 방지하기에 적합한 것임을 알게 되었다. 특허문헌 US 6,577,086 B2에 기술된 회로의 제약을 이해하기 위하여, 12 볼트 전원배터리에 기초한 대표적인 자동인가방법을 고려한다. 상부 및 하부 트랜지스터가 폐쇄상태로 고정되었을 때 흐르는 고장전류는 실제 250 암페어 이상의 전류일 수 있다. 이러한 고장상태가 검출되었을 때, 솔리드 스테이트 스위치를 개방하려는 시도는 즉시 모터 상 인덕턴스에 의하여 발생된 역기전력에 의해 트랜지스터 양단의 전압은 "오프-상태(off-state)"가 될 것이다. 이러한 상태에서 FET 드레인-소스(D-S) 단자의 양단 전압은 FET가 충분히 애벌런치항복(avalanche breakdown)상태로 진입되게 한다. 이러한 상황에서 트랜지스터 D-S 단자의 고전압과 조합된 고전류는 상당한 에너지가 트랜지스터에서 소산될 수 있도록 한다. 이러한 애벌런치 에너지는 전형적으로 5 줄 또는 그 이상에 이른다. 이러한 에너지소산의 레벨은 경제적으로 실행가능한 가장 상업적으로 입수할 수 있는 FET 스위치의 능력을 초과한다.

제1 관점에 따라서 본 발명은 다음의 구성요소로 구성된다.

배터리 또는 다른 DC 전원의 포지티브측에 연결하기 위한 정전원레일.

배터리 또는 다른 DC 전원의 네거티브측에 연결하기 위한 부전원레일.

각각 제어신호에 응답하여 모터회로에 연결된 다상 모터의 각 상에 대하여 선택적으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 다수의 모터구동서브회로로 구성된 모터구동회로.

제어신호를 발생하는 모터제어회로.

모터의 상에 직렬로 배치되고 평상시 서브회로로부터 각 모터상에 전류가 흐를 수 있도록 폐쇄되는 모터의 각 상에 직렬을 이루는 적어도 하나의 스위치로 구성되는 스위칭수단.

고장상태가 검출될 때 스위칭수단이 모터의 적어도 한 상의 적어도 하나의 스위치를 개방시킬 수 있도록 적어도 하나의 고장상태를 검출하기 위한 고장신호검출수단.

모터의 상의 각각에 결합되어 모터권선에 저장된 스위치 에너지가 스위치의 개방후 배터리 또는 다른 DC 소스로 전환되어 관련된 모터상의 인덕턴스에 의하여 일어나는 스위칭수단 단자의 전압상승이 사전에 결정된 레벨을 초과하지 않도록 구성된 스너버(snubber) 회로.

스너버회로를 통하여 흐르는 에너지는 스너버회로에 의하여 소산되거나 구동회로에 재순환되거나 또는 이들의 조합이 될 수 있다.

따라서 본 발명은 모터의 상에 대하여 모터를 통하여 흐르는 고장전류를 차단하기 위한 스위칭수단과 스위칭수단으로부터 안전하게 덤프될 수 있도록 에너지가 스위칭수단에서 소산될 수 있도록 하는 에너지소산 또는 재순환 스너버회로를 조합하여 제공한다. 따라서 스위칭수단의 애벌런치작동 또는 과잉전력소산을 방지할 수 있다. 이로써 스위칭수단은 이러한 스위칭수단의 고장위험없이 그리고 고전류가 스위칭될 위험이 없는 경제적으로 실행가능한 스위칭수단이 제공될 수 있다.

스위칭수단은 다수의 솔리드 스테이트 스위치로 구성되고, 스위치가 하나씩 모터의 각 상에 직렬로 제공된다. 마찬가지로, 하나씩 각 스위치에 연결되는 다수의 스너버회로가 제공된다.

하나 이상의 스너버회로가 제공되는 경우, 구성요소와 전로가 회로 사이에 공유된다. 예를 들어, 각 스위치에 각각 연결되는 회로의 전로가 병렬로 연결되고, 이들 전로는 공통의 전로부분에 직렬로 연결된다. 각 스너버회로는 모터권선에 저장된 스위치 에너지의 개방후에 전류가 스위칭수단으로부터 전환되고 적당한 수단에 의하여 소산되거나 배터리 또는 다른 DC 소스로 재순환되어 관련된 모터상권선의 인덕턴스에 의하여 발생되는 스위칭수단 단자의 전압상승이 사전에 결정된 레벨을 초과하지 않는다.

스위칭수단의 스위치는 전계효과 트랜지스터 FET 로 구성된다.

스너버회로 또는 각 스너버회로는 스위치의 D-S 단자의 전압이 스위치가 애벌런치항복상태가 되는 레벨과 같은 사전설정된 레벨을 초과하는 것을 방지한다.

스너버회로는 스위칭수단이 폐쇄되면 전류가 모터의 관련된 상에 연결된 스너버회로를 통하여 흐르지 않도록 구성된다. 아울러, 스너버 서브회로장치는 회로내에 불필요한 단일점 고장 또는 그럴듯한 다중점 고장이 도입되지 않도록 구성될 수 있다.

모터의 모든 각 상은 스위칭수단과 이에 관련된 스너버회로를 구비할 수 있다. 예를 들어, 3상 모터의 경우 스너버회로는 3개이다. 회로고장이 검출되었을 때 모든 스위치는 아마도 동시에 또는 실질적으로 동시에 개방된다.

스너버회로는 각 모터상에 대하여 스위칭수단과 모터의 각 상 사이의 노드를 구동회로의 부하나 다른 부분에 전기적으로 연결하는 각 전로로 구성된다. 이는 요구된 바와 같이 에너지가 부하에서 소산되거나 구동회로에 재순환될 수 있도록 한다.

스너버회로의 각 전로는 노드로부터 부하로 연결되는 적어도 하나의 전로로 구성되어 전로를 따라 하류측으로 흐르는 전류가 부하를 통하여 흘러 에너지가 소산된다. 스위칭수단의 양단 전압은 DC 링크 전원의 전압과 스너버 서브회로에서 다이오드의 순방향 전도에 관련된 전압을 합한 것을 초과하지 않는다.

그렇지 않으면, 전로는 노드를 구동회로의 정전원레일 또는 부전원레일에 연결하여 전로를 흐르는 전류가 배터리측으로 재순환될 수 있도록 한다.

스너버회로의 각 전로는 방향성인 적어도 하나의 격리 다이오드를 포함할 수 있으며 다이오드는 전로의 스위치단부에서 전압이 사전에 결정된 한계값에 이르렀을 때에만 전류를 안내하고, 실질적으로 전압이 이러한 레벨 이하일 때 전로를 통하여 양방향으로 전류가 흐르는 것을 방지한다. 다이오드를 통하여 부하에 이르는 전로를 제공함으로서 스위칭수단의 양단 전압은 배터리 또는 다른 DC 전원의 전압과 스너버 서브회로의 전로에서 다이오드의 순방향 전도에 관련된 전압을 합한 것을 초과하지 않는다.

노드로부터 각각 동일한 방향으로 순방향 바이어스된 부하 또는 정전원레일 또는 부전원레일에 이르는 각 전로에 하나 이상의 다이오드가 직렬로 연결된다. 다수의 스너버회로가 제공되는 경우, 이들은 각 스너버회로에 지정된 적어도 하나의 다이오드와, 모든 스너버회로에 의하여 공유된 적어도 하나의 다른 직렬연결형의 다이오드를 포함하는 전로로 구성된다. 이와 같이 하여, 어떠한 스너버회로를 위한 완전한 전로가 둘 이상의 직렬연결형 다이오드를 통하여 지날 것이다.

각 스너버 서브회로에서 둘 이상의 직렬연결형 다이오드는 단일점 고장이 방지될 수 있도록 한다. 또한 이러한 직렬연결형의 다이오드는 스위칭수단이 폐쇄된 상태에서 정상작동중에 순방향 전도가 이루어지는 것을 방지한다.

모니터링수단이 제공되어 스너버회로 또는 스너버회로들의 완전성을 모니터한다. 스너버회로 또는 다이오드와 같은 구성요소의 기능성의 경로의 경우 이러한 경로가 모니터링수단에 의하여 결함이 있는 것으로 확인되는 경우에, 모니터장치는 종료된다. 다이오드는 실질적으로 회로가 개방되는 경우 이러한 다이오드의 양단의 순방향전압강하 또는 그 저항을 측정하는 수단을 모니터링함으로서 결함이 있는 것으로 간주될 수 있다. 단락고장은 스너버회로에서 제2의 단락고장이 바람직하지 않은 이중점 고장의 원인이 될 수 있으므로 문제가 될 수 있다. 다이오드는 이것이 실질적으로 단락되었을 때 결함인 것으로 간주될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 모니터링수단은 다이오드 양단의 역방향 전압의 강하를 측정함으로서 단락을 결정할 수 있다. 개방회로고장은 스위칭수단의 관련된 스위치의 개방이 소산될 에너지에 의하여 고장의 원인이 될 수 있는 위험이 있는 에너지소산회로를 이용할 수 없도록 함으로서 문제가 될 수 있다.

모니터링장치는 시작시에 또는 실행시간 중에 완전성을 측정할 수 있고 스너버회로가 결함이 있는 것으로 간주되는 경우 장치의 작동은 중단될 수 있다. 이러한 것의 이점은 이것이 DC 클램프상태를 차단하기 위하여 스위칭수단의 스위치를 개방하고자 하는 어떠한 시도가 스위치에 대한 손상없이 스너버회로에 대한 에너지의 성공적인 전달에 의하여 수행되는 상태에서 시스템에 작동치 않도록 하는 것이다. 이는 또한 다른 고장이 위험을 초래할 수 있는 상태에서는 장치가 작동치 않도록 한다.

고장신호검출수단은 모든 모터회로 고장상태를 충분히 검출할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 자동차의 전동식 스티어링 시스템에 사용하기 위한 종래기술이 모터회로를 보인 개략 회로도.
도 2는 전동클램핑고장모드가 무산될 수 있도록 하는 스위칭수단과 이에 관련된 에너지소산 스너버회로가 제공된 본 발명의 제1 실시형태를 보인 회로도.
도 3은 전동클램핑고장모드가 무산될 수 있도록 하는 스위칭수단과 이에 관련된 에너지소산 스너버회로가 제공된 본 발명의 제2 실시형태를 보인 회로도.
도 4는 전동클램핑고장모드가 무산될 수 있도록 하는 스위칭수단과 이에 관련된 에너지소산 스너버회로가 제공된 본 발명의 제3 실시형태를 보인 회로도.

도 2에서 보인 바와 같이 전동식 스티어링 시스템에 사용하기 위한 모터회로(100)가 도시되어 있다. 모터(101)는 공통의 성형접속점(102)에서 함께 연결된 3개의 상 A, B, C 를 갖는 3상 모터로 구성된다. 성형접속점에 연결되지 않은 각 상의 단부는 상-분리 스위칭수단을 통하여 구동회로(103)의 각 브랜치에 연결된다. 각 브랜치는 모터를 상부 FET 스위치 A', B', C' 를 통하여 배터리전원(104)의 포지티브측에 연결하는 상측부분과, 모터를 하부 FET 스위치 A", B", C" 를 통하여 배터리전원의 네거티브측에 연결하는 하측부분으로 구성된다. 각 암에서 상부 및 하부 스위치는 상부 트랜지스터를 폐쇄하고 동시에 하부 트랜지스터를 개방함으로서 상이 포지티브측에 연결될 수 있도록 한다. 이들은 또한 하부트랜지스터를 폐쇄하고 동시에 상부트랜지스터를 개방함으로서 상이 네거티브측에 연결될 수 있도록 한다. 마찬가지로 이들은 상부 및 하부 트랜지스터를 동시에 개방함으로서 상이 부동상태에 놓이도록 한다.

상부 및 하부 트랜지스터의 개방과 폐쇄는 마이크로프로세서와 브릿지 드라이버에 기초하는 제어회로(110)에 의하여 스위치에 인가되는 스위칭 패턴에 의하여 제어된다. 이러한 패턴은 각 스위치가 어느 때 개방되고 폐쇄되어야 하는지를 지시한다. FET 가 도시된 바와 같이 사용되는 경우, 패턴은 트랜지스터를 폐쇄토록 하는 트랜지스터의 게이트-소스 단자 사이에 인가된 정전압과, 스위치가 폐쇄되어야 할 때의 게이트-소스 단자 사이의 제로전압으로 간단히 구성될 수 있다. 스위칭 패턴의 선택은 어느 주어진 시간에서 모터의 위치, 얻고자 하는 요구된 모터토크와, 요구된 모터속도에 따라서 달라질 수 있다. 모터로부터 요구된 토크를 나타내는 토크요구신호와 함께 모터위치와 속도가 측정되어 마이크로프로세서에 보내진다. 이들 측정값과 신호는 마이크로프로세서에서 처리되어 요구된 패턴을 얻는다. 요구된 인버터 스위칭 패턴을 측정하기 위하여 부가적인 신호가 사용될 수 있다. 이러한 제어회로는 당해 기술분야에 잘 알려져 있는 것이므로 여기에서는 상세한 설명은 하지 않을 것이다.

도 2에서 보인 바와 같이, 각 모터 상은 각 스위치(121, 122, 123)를 통하여 구동회로의 각 브랜치에 연결된다. 각 스위치는 평상시 폐쇄되어 있는 FET 트랜지스터로 구성된다. 이들 스위치는 스위칭수단(120)의 일부를 구성하고 이는 고장검출수단으로부터 출력되는 신호에 응답하는 제어논리회로(스위칭회로 130으로 표시됨)에 의하여 제어된다. 평상시 폐쇄된 상태에서 각 스위치는 폐쇄된 FET 양단 전압강하가 이루어지는 것 이외에는 회로의 작동에 큰 영향을 주지 않는다. 스위칭회로에서 모든 스위치가 개방되었을 때, 전류가 모터(101)측으로 흐르거나 이로부터 흐르는 것이 방지된다.

아울러, 각 스위치(121, 122, 123)와 상이 스너버회로(140, 141, 142)에 연결된다. 각 스너버회로는 각 FET 와 모터 상 사이의 한 지점으로부터 배터리의 정전원레일에 복귀연장되는 공통링크의 제2 전로로 연장된 전로의 제1 부분으로 구성된다. 따라서 각 전로와 각 스너버회로에 의하여 공유된 공통링크의 전로는 직렬로 연결된다.

각 제1 전로내에는 노드를 배터리의 정전원레일에 직렬로 연결하는 다이오드가 포함되어 있다. 또한 공통의 전로는 정전원레일에 재결합전에 다른 다이오드를 포함함으로서 노드로부터 레일까지의 각 완전한 전로에서 전류는 두개의 다이오드를 통하여 흐른다. 각 스너버회로에 의하여 공유된 제2 전로에서 특별한 다이오드의 기능은 주로 단일점 고장이 스너버회로에 의하여 도입되는 위험이 없도록 하고 또한 스위치 단부에서 전압이 배터리 전압으로부터 상부 스위치 양단 전압강하와 스위칭수단 FET 양단 전압강하를 뺀 것 보다 초과하지 않도록 전로의 두 단부 사이의 부가적인 전압강하가 이루어질 수 있도록 한다. 이는 정상적인 브릿지작동중에, 스위칭수단이 아직 폐쇄되어 있을 때 전류가 스너버회로를 통하여 흐르지 않도록 하나 어느 스위칭수단이 배터리를 분리하여 모터 상으로부터 연결토록 개방될 때에는 자동적으로 흐르기 시작할 수 있도록 한다.

각 브랜치와 모터의 각 상 사이에서 스위칭수단의 FET 스위치(121, 122, 123)는 고장상태가 일어나는 경우 상으로 전류가 흐르는 것을 방지한다. 제어회로(110)의 마이크로프로세서와는 독립적인 것으로 도시된 고장검출수단, 즉 고장검출회로(160), 스위칭제어수단회로(130)와 모니터링회로(170)가 제공된다. 제어회로(110)는 인버터 브릿지 FET의 개방과 폐쇄를 제어하고 고장검출수단(160)은 정확한 개방/폐쇄 패턴이 적용될 수 있도록 브릿지제어회로의 동작을 모니터한다. 만약 패턴이 부정확한 것으로 측정되는 경우 에러 플래그가 상승된다.

고장검출회로(160)는 브릿지 스위치와 스위칭회로의 상태를 체크한다. 이들 스위치중에서 어느 스위치가 예를 들어 폐쇄상태가 고착되는 것과 같은 고장인 것으로 결정되는 경우에도 역시 에러 플래그가 상승된다. 스위칭수단은 에러 플래그의 상태를 모니터한다. 에러 플래그가 하강될 때, 스위칭수단의 스위치가 정상적인 폐쇄상태로 유지된다. 에러 플래그가 상승될 때 스위칭수단이 스위치를 개방하여 모터 상을 배터리로부터 분리한다. 모터가 분리되었을 때, 모터가 고정되거나(이를 통하여 흐르는 영구 배터리 DC 전류에 의한) 회전이 저지될 가능성이 없다.

FET(121, 122, 123)가 폐쇄되었을 때, 정상작동중에, 배터리(104)로부터의 전류는 폐쇄된 상부 브릿지 트랜지스터를 통하여, 폐쇄된 FET와 모터 상을 통하여, 제2 모터 상을 통하여, 그리고 하부 브릿지 트랜지스터를 역으로 통하여 부전원레일로 흐를 수 있다. 스위치 단부에서 전압이 전도를 위하여 요구된 배터리의 정전원레일에 대하여 두개의 직렬로 연결된 다이오드 양단의 전위강하 보다 작을 것이므로 전압제한 서브회로를 통하여 흐르지는 않을 것이다.

FET(121, 122, 123)가 개방되었을 때, 상은 더 이상 전원전압에서 폐쇄된 브릿지 스위치의 양단 전압강하를 뺀 것과 동일한 전압에 연결되지 않는다. 실제로, 모터권선의 인덕턴스에 의하여, FET에서 상을 향하는 쪽의 전압은 예를 들어 개방전에 흘렀던 전류가 연속하여 흐르도록 시도하는 FET 로서 그 개방후에 상승할 것이다. FET의 스위치 단부에서 전위가 상승하고자 할 것이다. 그러나, 이는 FET 양단 전압이 전도를 위하여 요구된 다이오드와 스너버 양단의 전압강하 이상의 레베리 되도록 할 것이다. 이러한 전압의 상승을 제한함으로서 스너버회로는 스위치가 애벌런치되지 않도록 한다.

상승의 제한은 전류가 구동회로에 역으로 재순환될 수 있는 스너버회로를 통하여 모터 상으로부터 전류가 흐를 수 있도록 하는 전로를 제공하여 이루어진다. 전류는 노드에서 전압이 각 스너버회로의 직렬로 연결된 두개의 다이오드의 순방향 바이스전압을 초과하는 순간에 이러한 전로를 통하여 흐르기 시작할 것이다. 이와 같이 함으로서, FET는 애벌런치가 일어나는 잠재적인 손상상태로부터 보호된다. 이러한 전로가 없으면, 전류는 FET를 통하여 흐르려 할 것이므로 FET는 그 양단 전압이 상당한 레벨까지 상승할 때 파괴되어 애벌런치항복의 원인이 될 것이다.

도 2에서 보인 다른 한가지 특징은 각 전로에 결합된 스너버회로의 각 전로에 구성되어 있는 다이오드의 상태를 모니터하는 모니터링회로(170)가 제공되어 있는 것이다. 이러한 모니터링수단은 모터의 기동전에 다이오드가 고장상태에 있지 않은 개방회로를 구성하는 것을 체크한다. 만약 이러한 고장이 검출되는 경우 모터구동회로는 고장상태에 놓이고 전류가 모터에 인가되지 않는다. 이러한 이유로 스위칭수단의 스위치를 개방하려는 시도가 에너지를 재순환시키는 스너버회로의 불능상태 때문에 스위치가 고장을 일으키는 위험을 초래할 수도 있는 이러한 상태에서 모터가 작동되지 않는다. 모니터링회로(170)는 또한 다이오드가 고장이 나서 이들이 단락된 상태를 검출할 수 있다. 만약 이러한 고장이 검출되는 경우 모터구동회로는 전류가 모터에 인가되지 않는 고장상태에 놓인다. 이러한 이유로 스너버회로의 제2 장치의 다른 고장이 위험을 초래할 수 있는 이러한 상태에서 모터가 작동되지 않는다.

여러 다른 구성이 본 발명의 범위내에서 포함될 수 있다. 도 3과 도 4는 두 변형실시예를 보이고 있다. 여기에서는 도 2에서 보인 것과 동일한 기능을 갖는 부분에 대하여서는 동일한 부호를 붙였으며, 설명을 간편히 하기 위하여 제어 및 구동회로의 일부가 생략되었으나 그밖에는 도 2에서 보인 것과 동일한 것으로 추정될 수 있다.

도 3은 각 상에 대한 각 전ㅎ로에 직렬로 연결된 MOV를 포함하는 스너버회로(350)에 의하여 에너지가 소산되는 구성을 보이고 있다. 이러한 경우에 있어서, FET에서 전압레벨은 이것이 전로의 다이오드 전압(약 0.7~1 볼트)과 MOV 전압(약 10 볼트)의 합을 초과할 때 제한될 것이다. 에너지는 MOV에서 열로서 소산될 것이다.

도 4는 도 3의 회로의 다른 형태를 보인 것이다. 이러한 모터회로와 도 3의 오터회로의 작동 사이의 중요한 차이는 도 3의 모터에서 스위칭 수단의 극성이 역전되고 스너버회로(250)가 배터리의 부전원레일을 향하여 바이어스되어 있는 것뿐이다. 그밖에 모터회로는 유사한 방식으로 작동하며 에너지는 스위칭수단이 개방되었을 때 소산되거나 부전원레일을 통하여 배터리로 재순환된다. 제어회로와 고장검출수단 및 모니터링수단과 같은 구성은 설명을 간편히 하기 위하여 도시를 생략하였는데 이들 기능은 도 2의 실시형태에서 보인 방식으로 작동함을 이해할 수 있을 것이다.

물론, 도 3이 개방된 FET를 통한 에너지가 연결전로를 통하여 MOV 부하로 전환되는 것을 보이고 있으나, 본 발명의 범위내에서 이러한 에너지는 다른 방식으로 전환될 수 있을 것이다.

100: 모터회로, 101: 모터, 102: 공통의 성형접속점, 103: 구동회로, 104: 배터리전원, 110: 제어회로, 120: 스위칭수단, 121, 122, 123: 스위치, 130: 스위칭회로, 140, 141, 142: 스너버회로, 160: 고장검출회로, 170: 모니터링회로.

Claims (13)

1. 배터리 또는 다른 DC 전원의 포지티브측에 연결하기 위한 정전원레일,
   배터리 또는 다른 DC 전원의 네거티브측에 연결하기 위한 부전원레일,
   각각 제어신호에 응답하여 모터회로에 연결된 다상 모터의 각 상에 대하여 선택적으로 전류가 흐를 수 있도록 하는 다수의 모터구동 서브회로를 포함하는 모터구동회로,
   제어신호를 발생하는 모터제어회로,
   모터의 상에 직렬로 배치되고 평상시 서브회로로부터 각 모터상에 전류가 흐를 수 있도록 폐쇄되는 모터의 각 상에 직렬을 이루는 적어도 하나의 스위치를 포함하는 스위칭수단,
   고장상태가 검출될 때 스위칭수단이 모터의 적어도 한 상의 적어도 하나의 스위치를 개방시킬 수 있도록 적어도 하나의 고장상태를 검출하기 위한 고장신호검출수단,
   모터의 상의 각각에 결합되어 모터권선에 저장된 스위치 에너지가 스위치의 개방후 배터리 또는 다른 DC 소스로 전환되어 관련된 모터상의 인덕턴스에 의하여 일어나는 스위칭수단 단자의 전압상승이 사전에 결정된 레벨을 초과하지 않도록 구성된 스너버회로,
   를 포함함을 특징으로 하는 모터회로.
2. 제1항에 있어서, 스너버회로를 통하여 흐르는 에너지가 스너버회로에 의하여 소산되거나 구동회로에 재순환되거나 또는 이들의 조합이 될 수 있음을 특징으로 하는 모터회로.
3. 제1항에 있어서, 스위칭수단이 다수의 솔리드 스테이트 스위치를 포함하고, 스위치가 하나씩 모터의 각 상에 직렬로 제공됨을 특징으로 하는 모터회로.
4. 제1항에 있어서, 하나씩 각 스위치에 연결되는 다수의 스너버회로가 제공됨을 특징으로 하는 모터회로.
5. 제1항에 있어서, 스위칭수단의 스위치가 전계효과 트랜지스터 FET를 포함함을 특징으로 하는 모터회로.
6. 제1항에 있어서, 스너버회로가 스위칭수단이 폐쇄되면 전류가 모터의 관련된 상에 연결된 스너버회로를 통하여 흐르지 않도록 구성됨을 특징으로 하는 모터회로.
7. 제1항에 있어서, 모터의 모든 상에 스위칭수단과 이에 관련된 스너버회로가 구비됨을 특징으로 하는 모터회로.
8. 제1항에 있어서, 스너버회로가 각 모터상에 대하여 스위칭수단과 모터의 각 상 사이의 노드를 구동회로의 부하나 다른 부분에 전기적으로 연결하는 각 전로를 포함함을 특징으로 하는 모터회로.
9. 제8항에 있어서, 스너버회로의 각 전로가 노드로부터 부하로 연결되는 적어도 하나의 전로를 포함하여 전로를 따라 하류측으로 흐르는 전류가 부하를 통하여 흘러 에너지가 소산됨을 특징으로 하는 모터회로.
10. 제8항에 있어서, 전로가 노드를 구동회로의 정전원레일 또는 부전원레일에 연결하여 전로를 흐르는 전류가 배터리에 역으로 재순환될 수 있도록 함을 특징으로 하는 모터회로.
11. 제8항에 있어서, 스너버회로의 각 전로가 방향성인 적어도 하나의 격리 다이오드를 포함할 수 있으며 다이오드는 전로의 스위치단부에서 전압이 사전에 결정된 한계값에 이르렀을 때에만 전류를 안내하고, 실질적으로 전압이 이러한 레벨 이하일 때 전로를 통하여 양방향으로 전류가 흐르는 것을 방지함을 특징으로 하는 모터회로.
12. 제11항에 있어서, 노드로부터 각각 동일한 방향으로 순방향 바이어스된 부하 또는 정전원레일 또는 부전원레일에 이르는 각 전로에 하나 이상의 다이오드가 직렬로 연결됨을 특징으로 하는 모터회로.
13. 제1항에 있어서, 스너버회로 또는 스너버회로들의 완전성을 모니터하는 모니터링수단이 제공됨을 특징으로 하는 모터회로.

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