KR101908136B1 - 모터 구동 제어 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 모터 구동 회로를 제공한다. 본 발명에 따른 모터 구동 회로는, 회전 가능한 모터, 모터의 회전에 따른 주파수 발생(FG) 신호를 검출하는 FG 신호 검출부, 주파수 발생 신호로부터 노이즈를 필터링해내고, 노이즈가 필터링된 주파수 발생 신호로부터 속도 에러 신호를 생성하는 제어부, 및 속도 에러 신호에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 구동 제어 회로를 포함할 수 있다.

Description

모터 구동 제어 회로{MOTOR DRIVING CONTROL CIRCUIT}

본 발명은 모터 구동 제어 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 모터로부터의 주파수 발생 신호에 기초하여 모터의 회전 속도를 제어하는 구동 제어 장치에 관한 것이다.

광학 디스크 드라이브, 자기 디스크 드라이브, PC, 냉장고 등 각종 전자 기기에는 회전 가능한 모터가 사용된다. 전자 기기의 정밀한 사용을 위해서는 모터의 안정적인 구동 제어가 이루어져야 한다. 동작 중인 모터로부터 검출되는 주파수 발생(Frequency Generation; FG) 신호를 기준 신호와 비교하고 그 비교 결과에 따라 모터의 구동을 제어하는 피드백 방식의 구동 제어가 일반적으로 널리 사용되고 있다. 통상 FG 신호는 동작 중인 모터의 각 상에 유기되는 역기전력에 기초하여 생성된다.

그런데, 동작 중인 모터로부터 검출되는 FG 신호는 내외부적 요인에 따른 노이즈에 의해 영향을 받을 수 있다. 예컨대, 광학 디스크 드라이브를 위한 스핀들 모터의 경우, 디스크 상에 존재하는 스크래치나 이물질 등의 결함, 디스크에 존재하는 면진 또는 편심 성분 등으로 인하여, FG 신호에 노이즈가 발생할 수 있다. 이와 같이, 각종 원인에 따른 노이즈로 인하여 FG 신호의 파형에 변화가 발생할 수 있음에도, 그와 같은 노이즈를 고려하지 않은 채, 피드백 되는 FG 신호를 즉각적으로 모터의 구동 제어에 활용하는 경우, 오히려 모터의 구동을 불필요하게 가속 또는 감속하는 등, 모터의 안정적인 구동을 저해하는 결과를 가져올 수 있다.

따라서, 모터의 회전 특성(예컨대, 모터 회전이 순간적으로 크게 변동될 수는 없다는 점 등)을 고려하여, 동작 중인 모터로부터 피드백 되는 FG 신호로부터 가능한 한 노이즈 성분을 배제한 후에 모터의 구동 제어를 행하여 그 FG 신호 상에 존재할 수 있는 노이즈에 의한 모터의 오동작을 방지할 수 있는 구동 제어 회로가 필요로 된다.

그러므로, 본 발명은, 모터의 회전 특성을 고려하여, 동작 중인 모터로부터 피드백 되는 FG 신호로부터 가능한 한 노이즈 성분을 배제한 후에 모터의 구동 제어를 행하여 그 FG 신호 상에 존재할 수 있는 노이즈에 의한 모터의 오동작을 방지할 수 있는 구동 제어 회로를 제공한다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 모터 구동 회로가 제공된다. 본 발명에 따른 모터 구동 회로는, 회전 가능한 모터, 모터의 회전에 따른 주파수 발생(FG) 신호를 검출하는 FG 신호 검출부, 주파수 발생 신호로부터 노이즈를 필터링해내고, 노이즈가 필터링된 주파수 발생 신호로부터 속도 에러 신호를 생성하는 제어부, 및 속도 에러 신호에 기초하여 모터의 구동을 제어하는 구동 제어 회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부는, 주파수 발생 신호 중 주어진 펄스의 주기를 판정하고, 판정된 주기를 미리 정해진 기준 값과 비교한 결과에 따라, 주어진 펄스가 노이즈인지 여부를 판정하며, 주어진 펄스가 노이즈라고 판정된 경우 주어진 펄스를 필터링해낼 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 미리 정해진 기준 값은, 주어진 펄스 이전의, 노이즈가 아니라고 판정된 소정의 복수 개 펄스의 주기의 대표값이며, 제어부는 주어진 펄스의 주기와 미리 정해진 기준 값을 비교한 결과가 미리 정해진 기준 값으로부터 소정의 범위 내에 있는지 여부에 따라, 주어진 펄스가 노이즈인지 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 복수 개의 펄스의 주기의 대표값은 복수 개의 펄스의 주기의 평균값일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 미리 정해진 기준 값은, 모터에 인가된 전압 신호와 관련하여 예상되는 기준 파형의 주기이며, 제어부는 주어진 펄스의 주기가 미리 정해진 기준 값보다 짧은지 판정하여, 그러한 경우 주어진 펄스를 노이즈로 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부는, 모터의 구동에 관한 미리 정해진 목표 속도와 노이즈가 필터링된 주파수 발생 신호를 비교함으로써 속도 에러 신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 구동 제어 회로는 속도 에러 신호에 기초하여, 모터의 회전을 가속 또는 감속할 수 있다.

본 발명에 의하면, 동작 중인 모터로부터 피드백 되는 FG 신호 상에 존재할 수 있는 노이즈로 인하여 불필요하게 모터를 가속 또는 감속하지 않도록 하여, 노이즈에 의한 오동작 발생을 방지하고 더욱 정밀하고 정확한 모터 구동을 할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는, 도 1에 도시된 제어부의 동작을 설명하는 흐름도.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적 FG 신호의 파형도를 도시한 도면.

첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다. 이하에서는, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있다고 판단되는 경우 이미 공지된 기능 및 구성에 관한 구체적인 설명을 생략한다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 어디까지나 본 발명의 일 실시예에 관한 것일 뿐 본 발명이 이로써 제한되는 것은 아님을 알아야 한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바에 의하면, 모터 구동 제어 장치(100)는 모터(110), FG 신호 검출부(120), 파형 정형부(130), 제어부(140) 및 구동 제어 회로(150)를 포함할 수 있다.

모터(110)는 구동 제어 회로(150)로부터 소정의 전압 신호를 수신하고, 수신된 전압 신호에 따라 회전할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 모터(110)는 3상 BLDC 모터일 수 있다. 그러한 경우, 모터(110)는 고정자(stator)측에 설치되어 있는 3상 코일(U상, V상, W상)과 회전자(rotor)측에 착자되어 있는 영구 자석을 포함할 수 있다. U, V, W 상의 코일 각각에 전류가 인가될 수 있고 그 인가된 전류에 의해 자계가 형성될 수 있으며 형성된 자계를 통해 회전력(torque)이 발생하여 회전자가 회전할 수 있다. 당업자라면 이외에도 다양한 형태의 모터 구성이 가능하다는 점을 알 것이다.

FG 신호 검출부(120)는 모터(110)의 회전에 따라 발생하는 FG 신호를 검출할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, FG 신호 검출부(120)는 모터(110)의 1회전마다 복수 개의 펄스를 포함하는 신호를 생성할 수 있다. 본 명세서에서, 한 펄스는 하나의 상승 에지로부터 다음 상승 에지까지의 신호 또는 하나의 하강 에지로부터 다음 하강 에지까지의 신호를 지칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, FG 신호 검출부(120)는, 모터(110)의 회전에 의해 발생하는 역기전력에 기초하여 발생하는 FG 신호를 검출할 수 있다. 당업자라면 다양한 형태의 FG 신호 검출부 구성이 가능하다는 점을 알 것이다. FG 신호 검출부(120)에 의해 생성되는 신호는 소정의 노이즈를 포함한 신호일 수 있음을 알아야 한다.

파형 정형부(130)는 FG 신호 검출부(120)로부터 검출된 FG 신호를 수신하고 그 수신된 FG 신호의 파형을 구형파 형태로 정형하여 출력할 수 있다. 본 도면에서는 모터 구동 제어 장치(100)가 파형 정형부(130)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 파형 정형부를 포함하는 경우로 제한되는 것은 아니다.

제어부(140)는 파형 정형부(130)로부터 출력된 FG 신호를 수신할 수 있다. 제어부(140)는, 모터의 회전 특성(예컨대, 모터 회전이 순간적으로 크게 변동될 수는 없다는 점 등)을 고려하여, 수신된 FG 신호의 각 펄스마다에 대해, 해당 펄스가 노이즈인지 여부를 판정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140는 기준 값을 저장하기 위한 버퍼를 포함할 수 있다. 제어부(140)는 수신된 FG 신호의 각 펄스마다에 대해 시간 주기를 판정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 주어진 펄스에 대해 판정된 시간 주기를 소정의 기준 값과 비교하고 그 비교 결과에 따라 해당 펄스가 노이즈인지 여부를 판정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 기준 값은 해당 펄스 이전의, 노이즈가 아닌 소정 개수의 펄스의 시간 주기의 대표값(예컨대, 평균값)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 해당 펄스에 대해 판정된 시간 주기와 기준 값, 즉 그 해당 펄스 이전의 노이즈가 아닌 소정 개수의 펄스의 시간 주기의 대표값(예컨대, 평균값) 간의 차이가 그 기준 값으로부터 소정의 범위(예컨대, 그 소정 개수의 펄스의 시간 주기의 대표값의 5-10% 범위) 이내에 존재하는지 판정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는, 그 판정된 시간 주기가 위 소정의 범위를 벗어난다고 판정한 경우, 해당 펄스를 노이즈로 판정할 수 있다. 본 실시예는, 모터의 회전 특성상 급작스런 속도의 과도한 변동은 있을 수 없다는 전제에 따른 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기준 값은, 모터에 인가된 전압 신호와 관련하여 예상되는 기준 파형의 주기일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 해당 펄스에 대해 판정된 시간 주기가 기준 값, 즉 인가된 전압 신호와 관련하여 예상되는 기준 파형의 주기에 비해 더 짧은 경우(즉, 인가된 전압 신호로부터 기대되는 것에 비해 모터의 회전이 더 빠르다고 판정되는 경우) 그 판정된 시간 주기를 노이즈로 판정할 수 있다. 본 실시예는, 모터의 정속 구동 시에 인가된 전압에 따른 목표 속도에 비해 모터의 회전이 더 빠른 경우는 없다는 전제에 따른 것이다. 당업자라면, 이외에도 모터의 회전 특성에 기초한 다양한 형태의 노이즈 판정 방법을 생각해낼 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(140)는, FG 신호 중 노이즈라고 판정된 각 펄스를 필터링해낼 수 있다. 당업자라면, FG 신호 중 노이즈라고 판정된 각 펄스를 필터링해내는 다양한 방법을 생각해낼 수 있을 것이다. 그런 다음, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는, 노이즈가 아니라고 판정된 펄스들에 기초하여 이후 모터(110)의 구동을 제어하는데 이용될 속도 에러 신호를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는, 노이즈가 아니라고 판정된 각 펄스에 대해, 미리 정해진 모터(110)의 목표 속도와 해당 펄스의 주기를 비교하고 그 비교 결과에 기초하여 속도 에러 신호를 생성할 수 있다. 당업자라면 속도 에러 신호를 생성하는 다양한 방법을 생각해낼 수 있을 것이다.

구동 제어 회로(150)는 제어부(140)로부터 속도 에러 신호를 수신할 수 있다. 본 도면에 도시되지는 않았으나, 구동 제어 회로(150)는 디지털-아날로그 컨버터를 포함할 수 있고, 디지털-아날로그 컨버터를 이용해서 수신된 속도 에러 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있다. 구동 제어 회로(150)는 수신된 속도 에러 신호에 기초하여 모터(110)에 제공할 구동 전압 신호를 적절히 가감할 수 있다.

도 2는, 도 1에 도시된 제어부(140)의 동작을 설명하는 흐름도(200)이다.

도시된 바에 의하면, 제어부(140)는, 단계(202)에서, 외부로부터 FG 신호의 펄스를 수신하고 수신된 펄스에 대해 시간 주기를 판정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는, 수신된 FG 신호에 있어서 하나의 상승 에지로부터 다음 상승 에지까지 클럭 신호의 계수를 행함으로써 하나의 펄스의 주기를 판정할 수 있다.

단계(204)에서, 제어부(140)는 판정된 펄스의 시간 주기를 미리 저장된 기준 값과 비교하고 그 비교 결과가 소정의 범위에 속하는지 여부를 판정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 미리 저장된 기준 값은 해당 펄스 이전의 노이즈가 아닌 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 판정된 펄스의 시간 주기와 그 기준 값 간의 차이가 소정의 범위, 예컨대 기준 값의 5-10% 범위 이내에 존재하는지 여부를 판정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 미리 저장된 기준 값은 모터에 인가된 전압 신호와 관련하여 예상되는 기준 파형의 주기일 수 있고, 제어부(140)는 판정된 펄스의 시간 주기와 그 기준 값을 비교하여, 그 판정된 펄스의 시간 주기가 소정의 범위, 예컨대 기준 값보다 큰 값인지 여부를 판정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 미리 저장된 기준 값이 복수 개일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(140)는 판정된 펄스의 시간 주기를 복수 개의 미리 저장된 기준 값과 각각 비교하여 각 비교 결과가 각 소정의 범위에 속하는지 여부를 판정할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 미리 저장된 기준 값으로서 해당 펄스 이전의 노이즈가 아닌 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값과, 모터에 인가된 신호와 관련하여 예상되는 기준 파형의 주기를 모두 가질 수 있다. 이러한 경우, 제어부(140)는 판정된 펄스의 시간 주기와 각 기준 값 간의 비교 결과가 각각 소정의 범위에 속하는지 여부를 판정할 수 있다.

단계(204)에서 판정된 펄스의 시간 주기와 미리 저장된 기준 값 간의 비교 결과가 소정의 범위 이내에 속하지 않는 것으로 판정된 경우, 제어부(140)는 단계(206)에서 해당 펄스를 노이즈로 판정하고 노이즈로 판정된 펄스를 필터링해낼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 미리 정해진 소정의 펄스를 이용하여 노이즈로 판정된 펄스를 대체할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 단계(204)에서 판정된 펄스의 시간 주기와 미리 저장된 기준 값 간의 비교 결과가 소정의 범위 이내에 속하는 것으로 판정된 경우, 제어부(140)가 단계(208)에서 그 판정된 펄스의 시간 주기를 이용하여 기준 값을 갱신할 수 있다. 예컨대, 단계(204)에서 주어진 펄스와 비교되는 미리 저장된 기준 값이 주어진 펄스 이전의 노이즈가 아닌 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값인 경우, 제어부(140)는 단계(208)에서 그 주어진 펄스를 포함하는 새로운 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값으로 기준 값을 갱신할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 제어부(140)는 단계(208)에서의 기준 값 갱신 절차를 포함하지 않을 수도 있다.

단계(210)에서, 제어부(140)는 노이즈가 필터링된 FG 신호를 이용하여 속도 에러 신호를 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어부(140)는 노이즈가 필터링된 FG 신호와, 미리 설정된 모터 구동의 목표 신호 값 간의 차이를 생성할 수 있다. 제어부(140)는 그 생성된 차이로부터 이후 모터의 구동 제어를 위한 속도 에러 신호를 생성할 수 있다. 당업자라면 속도 에러 신호를 생성할 수 있는 다양한 방법을 알 것이다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적 FG 신호의 파형도(300)를 도시한 것이다. 이하에서는, 도 3의 FG 신호의 파형도(300)를 참조하여, 예컨대 노이즈가 아닌 최근 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값을 기준 값으로 하고, 수신된 펄스의 시간 주기를 그 기준 값과 비교한 결과가 기준 값의 10% 범위 이내에 존재하지 않는 경우, 그 수신된 펄스를 노이즈로 판정하는 실시예에 따르는 경우, 각 펄스가 노이즈인지 여부를 판정하는 동작에 대해 단계별로 설명하기로 한다. 본 도면 및 이하의 설명에서 각 펄스의 시간 주기의 단위는 생략하기로 한다. 본 도면 및 이하의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적 설명일 뿐임을 알아야 한다.

FG 신호의 파형도(300)에서 처음 3개의 펄스 (1) 내지 (3)은 모터 구동을 시작하는 단계에서 기준 값, 즉 최근 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값을 결정하기 위하여 이용되며, 이들 펄스에 대해서는 노이즈 여부의 판정을 생략하는 것으로 가정한다.

네 번째 펄스 (4) 수신 시 기준 값은 이전 3개의 펄스의 시간 주기의 평균값, 즉 1.04로 설정되어 있는 것으로 한다. 네 번째 펄스 (4)의 시간 주기는 1.1로 판정된다. 이 판정된 주기 1.1과 기준 값 1.04 간의 차이 0.06은 기준 값 1.04의 대략 6%의 범위 내에 속하는바, 해당 펄스는 노이즈가 아닌 것으로 판정된다. 그런 다음 그 1.1의 펄스 시간 주기가 기준 값에 반영되어 새로운 기준 값이 1.08로 갱신된다. 그 다음 다섯 번째 펄스 (5)의 시간 주기가 2로 판정된다. 이 판정된 주기 2.0와 기준 값 1.08 간의 차이 0.92는 기준 값 1.08의 대략 85%의 범위에 속하는바, 해당 펄스는 노이즈로 판정된다. 따라서 이 펄스는 필터링되어 속도 에러 신호의 생성에 반영되지 않으며, 기준 값은 종전의 1.08로 유지된다. 그 다음 여섯 번째 펄스 (6)의 시간 주기가 0.98로 판정된다. 이 판정된 주기 0.98과 기준 값 1.08 간의 차이 0.1은 기준 값 1.08의 대략 9%의 범위에 속하는바, 해당 펄스는 노이즈가 아닌 것으로 판정된다. 그런 다음 그 0.98의 펄스 시간 주기가 기준 값에 반영되어 새로운 기준 값이 1.05로 갱신된다. 그 다음 일곱 번째 펄스 (7)의 시간 주기는 0.6로 판정된다. 이 판정된 주기 0.6와 기준 값 1.05 간의 차이 0.45는 기준 값 1.05의 대략 43%의 범위에 속하는바, 해당 펄스는 노이즈로 판정된다. 따라서 이 펄스는 필터링되어 속도 에러 신호의 생성에 반영되지 않으며, 기준 값은 종전의 1.05로 유지된다.

당업자라면 알 수 있듯이 본 발명은 본 명세서에서 기술된 예시에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 재구성 및 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 이하의 특허청구범위에 의해 모두 포괄하고자 한다.

110: 모터 120: FG 신호 검출부
130: 파형 정형부 140: 제어부
150: 모터 구동 회로

Claims (8)

1. 모터 구동 회로로서,
   회전 가능한 모터의 회전에 따른 주파수 발생(FG) 신호를 검출하는 FG 신호 검출부,
   상기 검출된 주파수 발생 신호로부터 주파수 발생(FG)신호를 검출하는 파형정형부 노이즈를 필터링하고, 노이즈가 필터링된 상기 주파수 발생 신호로부터 속도 에러 신호를 생성하는 제어부, 및
   상기 속도 에러 신호에 기초하여 상기 모터의 구동을 제어하는 구동 제어 회로를 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 주파수 발생 신호 중 주어진 펄스의 주기를 판정하고, 상기 판정된 주기를 미리 정해진 기준 값과 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 주어진 펄스가 노이즈인지 여부를 판정하며, 상기 주어진 펄스가 노이즈라고 판정된 경우 상기 주파수 발생 신호에서 상기 주어진 펄스를 필터링하고,
   상기 미리 정해진 기준 값은, 상기 주어진 펄스 이전의, 노이즈가 아니라고 판정된 소정의 복수 개 펄스의 주기의 대표값이며, 상기 제어부는 상기 주어진 펄스의 주기와 상기 미리 정해진 기준 값의 차이가 상기 미리 정해진 기준 값으로부터 소정의 범위 내에 있는지 여부에 따라 상기 주어진 펄스가 노이즈인지 여부를 판정하고,
   상기 복수 개의 펄스의 주기의 대표값은 상기 복수 개의 펄스의 주기의 평균값이고,
   상기 미리 정해진 기준 값이 상기 주어진 펄스 이전의, 노이즈가 아니라고 판정된 복수 개 펄스의 주기의 평균값인 경우, 상기 제어부는 그 주어진 펄스를 포함하는 새로운 복수 개 펄스의 시간 주기의 평균값으로 상기 기준 값을 갱신하는, 모터 구동 회로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 모터의 구동에 관한 미리 정해진 목표 속도와 상기 노이즈가 필터링된 상기 주파수 발생 신호를 비교함으로써 상기 속도 에러 신호를 생성하는, 모터 구동 회로.
7. 제1항에 있어서,
   상기 구동 제어 회로는, 상기 속도 에러 신호에 기초하여 상기 모터의 회전을 가속 또는 감속하는, 모터 구동 회로.
   
   
8. 삭제

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