KR102139948B1

KR102139948B1 - 전기 모터의 권선 내에 검출되는 영전류에 따라 전기 모터에 인가되는 구동 신호의 위상을 자동적으로 조정하고 영전류를 검출하기 위한 전기 회로 및 방법

Info

Publication number: KR102139948B1
Application number: KR1020157007898A
Authority: KR
Inventors: 티모시 레이놀즈; 쳉이 진
Original assignee: 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2020-07-31
Also published as: JP6429777B2; CN104756395A; CN107565857B; TWI500253B; WO2014035658A3; WO2014035658A2; KR102159616B1; JP2015527050A; CN104756395B; KR20200010600A; KR20150048845A; TW201429149A; CN107565857A

Abstract

모터 제어 회로 및 관련 기술들은 모터가 가속되거나 감속되면서 다른 모터 속도들에서의 모터 권선 내의 영전류로서 동일한 상대 위상에서 전기 모터의 회전 기준 위치를 유지하도록 모터 구동의 위상을 조정할 수 있다. 모터 제어 회로 및 관련 기술들은 모터 권선을 구동시키는 데 사용되는 하프 브리지 회로 내의 역방향 전류를 검출함에 의해 상기 모터 권선 내의 전류의 영교차를 검출한다.

Description

전기 모터의 권선 내에 검출되는 영전류에 따라 전기 모터에 인가되는 구동 신호의 위상을 자동적으로 조정하고 영전류를 검출하기 위한 전기 회로 및 방법{ELECTRONIC CIRCUIT AND METHOD FOR AUTOMATICALLY ADJUSTING A PHASE OF A DRIVE SIGNAL APPLIED TO AN ELECTRIC MOTOR IN ACCORDANCE WITH A ZERO CURRENT DETECTED IN A WINDING OF THE ELECTRIC MOTOR AND FOR DETECTING THE ZERO CURRENT}

본 발명은 대체로 전기 모터 제어 회로들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 전기 모터에 인가되는 구동 신호의 위상의 자동 조정을 제공할 수 있고, 전기 모터의 권선 내의 영전류(zero current)를 검출할 수 있는 전기 모터 제어 회로에 관한 것이다.

브러실리스(brushless) DC(BLDC) 전기 모터들을 제어하고 구동시키는 회로들이 알려져 있다. 일부 장치들에서, 상기 회로들은 상기 전기 모터를 구동시키는 구동 신호들의 위상 진행을 제공하며, 상기 위상 진행은 상기 전기 모터의 회전 속도와 관련되거나 측정된 모터 전체 전류와 관련된다. 그러나, 이러한 회로들은 위상 진행들과 회전 속도들 사이에 하나의 관계만을 제공할 수 있거나, 작은 숫자의 관계들을 제공할 수 있다. 또한, 모터 제어 집적 회로(IC)의 외부 구성 요소들과 핀들이 각 전기 모터 또는 각 전기 모터 응용을 위한 변수들을 설정하도록 요구될 수 있다.

일부 알려진 전기 모터 구동 회로들이 2009년 9월 15일에 등록된 미국 특허 제7,590,334호, 2010년 6월 29일에 등록된 미국 특허 제7,747,146호, 그리고 2011년 10월 12일에 등록된 미국 특허 출원 제13/271,723호에 기재되어 있고, 이들은 모두 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함되며, 본 출원의 양수인에게 양도되었다.

BLDC 전기 모터는 다른 응용들에 사용될 때에 속도에 대한 다른 효율 행동들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 동일한 BLDC 전기 모터가 다른 응용들에서 다른 팬 날개 장치들과 사용될 수 있다. 다른 유형들의 BLDC 전기 모터들도 속도에 대한 대른 효율 행동들을 나타낼 수 있다.

모터 소음, 진동 및 효율은 다양한 특성들에 의해 영향을 받는다. 하나의 이와 같은 특성은 상기 모터의 회전 위치에 대해 상기 모터 권선들 내에 나타나는 전류들의 위상이다. 특히, 모터 속도가 증가하거나 감소하면서, 상기 전류들의 위상이 각기 상기 모터의 기준 회전 위치를 뒤쳐지거나 선행하게 할 수 있다. 또한, 높은 모터 속도들에서, 상기 모터 권선 내의 전류가 상기 모터의 기준 위치를 뒤처지게 하는 경향을 가질 수 있다.

전술한 관점에서, 모터 권선 전류와 모터 회전 위치 사이의 검출된 위상 차이에 따라 결정되는 자동 위상 조정들을 갖는 전기 모터 구동 신호들을 발생시킬 수 있는 전기 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 전술한 관점에서, 예를 들면 전류의 영교차를 검출함에 의해 모터 권선 내의 전류의 위상을 검출할 수 있는 전기 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 모터 권선 전류와 모터 회전 위치 사이의 검출된 위상 차이에 따라 결정되는 자동 위상 조정들을 갖는 전기 모터 구동 신호들을 발생시킬 수 있는 전기 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 예를 들면 전류의 영교차를 검출함에 의해 모터 권선 내의 전류의 위상을 검출할 수 있는 전기 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 모터 권선들을 갖는 다상(multi-phase) 모터를 구동시키는 방법은, 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차(zero crossing)를 나타내는 영전류(zero current) 신호를 발생시키는 단계; 상기 모터의 각 회전(angular rotation)의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키는 단계; 위상 비교 신호를 발생시키도록 상기 영전류 신호의 위상과 상기 위치 기준 신호의 위상을 비교하는 단계; 각기 상기 위상 비교 신호의 값에 관련된 위상을 갖는 복수의 변조 신호들을 발생시키는 단계; 그리고 상기 복수의 변조 신호들에 따라 상기 복수의 모터 권선들에 대한 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 상술한 방법은 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,

상기 모터에 근접하여 배치되는 홀 센서(Hall sensor)로 홀 센서 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 연결되는 역 기전력(back EMF) 모듈로 역 기전력 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 기준 위치를 구현하는 상기 모터에 근접하는 시간 창(time window) 동안에 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 대한 모터 구동 신호를 정지시키는 단계; 및

역 기전력 신호의 영교차에 의해 상기 시간 창 동안에 상기 기준 위치를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 변조 신호들을 발생시키는 단계는,

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응하여 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블(look up table)을 제공하는 단계를 포함하고;

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제1의 연속적인 톱니 램프 신호(sawtooth ramp signal)를 발생시키는 단계를 포함하며;

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키도록 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 상기 위상 비교 신호에 관련된 값에 추가하는 단계를 포함하고, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 값과 가장 큰 값은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 값 및 가장 큰 값으로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되며, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신호와 관련되고;

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키기 위해 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾도록 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호들을 이용하는 단계를 포함하며;

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나와 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 영전류 신호를 발생시키는 단계는,

상기 전기 모터에 연결되는 각각의 복수의 하프 브리지 회로(half bridge circuit)들로 상기 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키는 단계를 포함하고, 각 하프 브리지 회로는,

각각의 제1 및 제2 직렬로 연결된 트랜지스터들;

하이(high) 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 고전압 노드;

로우(low) 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 저전압 노드; 및

상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나가 발생되는 각각의 출력 노드를 구비하며,

상기 복수의 하프 브리지 회로들의 적어도 하나의 상기 제1 또는 제2 트랜지스터의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 검출하는 단계는,

상기 하이 전원 공급 전압 이상의 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계; 또는

상기 로우 전원 공급 전압 이하의 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계를 구비하며,

상기 역방향 전류를 검출하는 단계에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 역방향 전류를 검출하는 단계는,

상기 제1 및 제2 트랜지스터들이 모두 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드에서만 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나는,

각각의 복수의 펄스 폭 변조 신호들을 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 하이 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 하이 값들 및 상기 하이 전원 공급 전압 보다 높은 과도 하이 값들을 구비하는 하이 상태들을 가지며, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 로우 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 로우 값들 및 상기 로우 전원 공급 전압 보다 낮은 과도 로우 값들을 구비하는 로우 상태들도 가진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 모터 권선들을 갖는 다상 모터를 구동시키기 위한 전자 회로는 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키도록 구성되는 전류 측정 모듈을 포함한다. 상기 전자 회로는 또한 상기 모터의 각 회전의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키도록 구성되는 위치 측정 모듈을 포함한다. 상기 전자 회로는 또한 위상 비교 신호를 발생시키기 위해 상기 영전류 신호의 위상과 상기 위치 기준 신호의 위상을 비교하도록 구성되며, 각기 상기 위상 비교 신호의 값에 관련된 위상을 갖는 복수의 변조 신호들을 발생시키도록 구성되는 변조 신호 발생 모듈을 포함한다. 상기 전자 회로는 또한 상기 복수의 변조 신호들에 따라 상기 복수의 모터 권선들에 대해 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키도록 구성되는 구동 회로를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 전술한 전자 회로는 다음의 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 위치 측정 모듈은 상기 모터에 근접하여 배치되는 홀 센서에 의해 발생되는 홀 신호에 따라 상기 위치 신호를 발생시키도록 더 구성된다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 위치 측정 모듈은 모터 권선 내에 발생되는 역 기전력 신호에 따라 상기 위치 신호를 발생시키도록 더 구성된다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,

상기 기준 위치를 구현하는 상기 모터에 근접하는 시간 창 동안에 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 대해 모터 구동 신호를 정지시키는 단계; 및

상기 역 기전력 신호의 영교차에 의해 상기 시간 창 동안에 상기 기준 위치를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 변조 신호 발생 모듈은,

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응되는 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블(look up table);

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키도록 구성되는 톱니 발생기;

상기 영전류 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 위치 기준 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되며, 상기 위상 비교 신호를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는 타이밍/위상 에러 검출기(timing/phase error detector); 및

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키기 위해 상기 위상 비교 신호에 관련된 값에 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 추가하도록 구성되는 가산 모듈(summation module)을 포함하며, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되고, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신호와 관련되며, 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호는 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키도록 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾는 데 이용되고, 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나에 대한 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 데 이용된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 전자 회로는,

상기 전기 모터에 연결되고, 상기 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키도록 구성되는 복수의 하프 브리지 회로들을 더 포함하며, 각 하프 브리지 회로는,

각각의 제1 및 제2 직결로 연결된 트랜지스터들;

하이 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 고전압 노드;

로우 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 저전압 노드; 및

상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나가 발생되는 각각의 출력 노드를 구비하고,

적어도 하나의 비교기를 더 포함하며, 상기 비교기는,

상기 하이 전원 공급 전압 이상인 상기 출력 노드에서의 전압; 또는

상기 로우 전원 공급 전압 이하인 상기 출력 노드에서의 전압의 적어도 하나를 검출하는 것에 의해 상기 복수의 하프 브리지 회로들의 적어도 하나의 상기 제1 및 제2 트랜지스터들의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 나타내는 각각의 적어도 하나의 비교기 출력 신호를 발생시키도록 구성되고;

상기 적어도 하나의 비교기 출력 신호에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 상기 전류의 영교차를 나타내는 상기 영전류 신호를 발생시키도록 구성되는 프로세서를 더 포함한다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 검출하는 것은 상기 제1 및 제2 트랜지스터들이 모두 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드만에서의 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 것을 더 포함한다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나는,

각각의 복수의 폭 변조 신호들을 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 하이 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 하이 값들 및 상기 하이 전원 공급 전압 보다 높은 과도 하이 값들을 구비하는 하이 상태들을 가지며, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 로우 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 로우 값들 및 상기 로우 전원 공급 전압 보다 낮은 과도 로우 값들을 구비하는 로우 상태들도 가진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 모터 권선들을 갖는 다상 모터를 구동시키기 위한 방법은 상기 전기 모터에 연결되는 하프 브리지 회로로 모터 구동 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 하프 브리지 회로는 제1 및 제2 직렬로 연결된 트랜지스터들; 하이 전원 공급 전압을 수용하기 위한 전원 공급 고전압 노드; 로우 전원 공급 전압을 수용하기 위한 전원 공급 저전압 노드; 그리고 상기 모터 구동 신호가 발생되는 출력 노드를 구비한다. 상기 방법은 또한 상기 제1 및 제2 트랜지스터들의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함한다. 상기 검출하는 단계는 상기 하이 전원 공급 전압 이상인 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계; 또는 상기 로우 전원 공급 전압 이하인 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계의 적어도 하나를 구비한다. 상기 방법은 또한 상기 역방향 전류를 검출하는 단계에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 전술한 방법은 다음 특징들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 트랜지스터들 모두가 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드만에서의 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 모터 구동 신호는,

복수의 펄스 폭 변조 신호들을 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 하이 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 하이 값들 및 상기 하이 전원 공급 전압 보다 높은 과도 하이 값들을 구비하는 하이 상태들을 가지며, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 로우 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 로우 값들 및 상기 로우 전원 공급 전압 보다 낮은 과도 로우 값들을 구비하는 로우 상태들도 가진다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은,

상기 모터의 각 회전의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키는 단계;

위상 비교 신호를 발생시키도록 상기 영전류 신호의 위상과 상기 위치 기준 신호의 위상을 비교하는 단계;

각기 상기 위상 비교 신호의 값과 관련된 위상을 가지는 복수의 변조 신호들을 발생시키는 단계; 및

상기 복수의 변조 신호들에 따라 상기 복수의 모터 권선들에 대해 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키는 단계를 더 포함한다.

상기 모터에 근접하여 배치되는 홀 센서로 홀 센서 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 연결되는 역 기전력 모듈로 역 기전력 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응하여 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블을 제공하는 단계를 포함하고;

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키는 단계를 포함하며;

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키기 위해 상기 위상 비교 신호와 관련된 값에 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 추가하는 단계를 포함하고, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되고, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신호와 관련되며;

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키기 위해 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾도록 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호를 이용하는 단계를 포함하고;

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나와 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 단계를 포함하며, 각 변조 신호는 상기 복수의 펄스 폭 변조(PWM) 신호들의 각각의 하나와 관련된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수의 모터 권선들을 갖는 다상 모터를 구동시키기 위한 전자 회로는 모터 구동 신호를 발생시키기 위해 상기 전기 모터에 연결되는 하프 브리지 회로를 포함한다. 상기 하프 브리지 회로는 제1 및 제2 직렬로 연결된 트랜지스터들; 하이 전원 공급 전압을 수용하기 위한 전원 공급 고전압 노드; 로우 전원 공급 전압을 수용하기 위한 전원 공급 저전압 노드; 그리고 상기 모터 구동 신호가 발생되는 출력 노드를 구비한다. 상기 전자 회로는 또한 상기 하이 전원 공급 전압 이상인 상기 출력 노드에서의 전압; 또는 상기 로우 전원 공급 전압 이하인 상기 출력 노드에서의 전압의 적어도 하나를 검출하는 것에 의해 상기 제1 및 제2 트랜지스터들의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 나타내는 각각의 적어도 하나의 비교기 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 비교기를 포함한다. 상기 전자 회로는 또한 상기 적어도 하나의 비교기 출력 신호에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 출력 신호를 발생시키도록 구성되는 프로세서를 포함한다.

일부 실시예들에 있어서, 전술한 전자 회로는 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 검출하는 것은,

상기 제1 및 제2 트랜지스터가 모두 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드만에서의 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 것을 포함한다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 모터 구동 신호는,

일부 실시예들에 있어서, 상기 전자 회로는,

상기 모터의 각 회전의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키도록 구성되는 위치 측정 모듈; 및

위상 비교 신호를 발생시키도록 상기 영전류 신호의 위상을 상기 위치 기준 신호의 위상과 비교하도록 구성되고, 각기 상기 위상 비교 신호의 값과 관련된 위상을 갖는 복수의 변조 신호들을 발생시키도록 구성되는 변조 신호 발생 모듈을 더 포함한다.

상기 전자 회로의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전자 회로는 상기 기준 위치를 구현하는 상기 모터에 근접하는 시간 창 동안에 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 대해 모터 구동 신호를 정지시키도록 구성되며, 상기 위치 측정 모듈은 상기 시간 창 동안에 상기 기준 위치를 나타내는 상기 위치 기준 신호를 발생시키도록 구성된다.

상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응하여 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블;

상기 영전류 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 위치 기준 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 위상 비교 신호를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는 타이밍/위상 에러 검출기; 및

가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키기 위해 상기 위상 비교 신호와 관련된 값에 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 추가하도록 구성되는 가산 모듈을 포함하며, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되고, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신화와 관련되며, 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호는 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키도록 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾는 데 이용되고, 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나에 대한 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 데 이용되며, 각 변조 신호는 상기 복수의 펄스 폭 변조(PWM) 신호들의 각각의 하나에 관련된다.

전술한 본 발명의 특징들뿐만 아니라 본 발명 자체도 다음의 도면들의 상세한 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이며, 첨부 도면들에 있어서,
도 1은 변조 신호 발생 모듈을 가지고 전류 측정 모듈을 가지는 예시적인 모터 제어 회로의 블록도이고,
도 2는 특히 모터 제어 회로가 모터에 사인파 형상의 구동을 제공하는 데 사용될 때에 도 1의 예시적인 모터 제어 회로와 관련된 다양한 파형들을 나타내는 그래프이며,
도 3은 특히 모터 제어 회로가 모터에 사인파 형상의 구동을 제공하는 데 사용될 때에 도 1의 예시적인 모터 제어 회로와 관련된 다양한 파형들을 나타내고, 전류 신호와 위치 기준 신호 사이의 위상 차이들을 나타내는 그래프이고,
도 4는 도 1의 예시적인 모터 제어 회로의 변조 신호 발생 모듈로서 사용될 수 있는 예시적인 변조 신호 발생 모듈의 블록도이며,
도 5 및 도 5a는 도 1의 예시적인 모터 제어 회로의 예시적인 하프 브리지 출력 스테이지들을 나타내고, 동작의 다른 위상들에서 모터 권선 전류의 방향들을 나타내는 블록도들이고,
도 6은 모터 권선과 관련된 파형들을, 특히 사인파 형상의 전류, 모터 권선의 사인파 형상의 구동과 관련된 변조 파형 및 변조 파형에 따라 모터를 구동시키는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 나타내는 그래프이며,
도 7은 도 6의 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 양의 및 음의 상태들의 세부 사항들을 나타내는 도면이고,
도 7a는 전기 모터에 인가되는 펄스 폭 변조(PWM) 구동 신호를 나타내고, 펄스 폭 변조(PWM) 구동 신호와 관련된 사인파 형상의 전류를 나타내는 그래프이며,
도 8은 변조 신호 발생 모듈을 갖고 영전류 검출 모듈의 형태로 전류 측정 모듈을 갖는 다른 예시적인 모터 제어 회로 블록도이고,
도 9는 특히 모터에 대해 사다리꼴 구동이 사용될 때에 모터 권선 내의 영전류가 검출될 수 있는 다양한 파형들을 나타내는 그래프이다.

본 발명을 기술하기 전에, 일부 도입 개념들 및 용어들이 설명된다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "변조 파형(modulation waveform)"이라는 용어는 다른 신호, 예를 들면, 펄스 폭 변조(PWM) 신호의 덮개 또는 특성 함수를 기술하는 데 사용된다.

도 1을 참조하면, 예시적인 모터 제어 회로(102)는 전기 모터(104)를 구동시키도록 연결된다.

상기 모터(104)는 세 권선들(windings)(104a, 104b, 104c)을 포함하는 것으로 도시되며, 이들은 각기 레지스터(resistor)와 직렬이고 인덕터(inductor) 및 역 기전력(back EMF) 전압 소스와 직렬인 인덕터(inductor)를 갖는 각각의 회로로서 흔히 도시된다. 예를 들면, 권선 A(104a)는 레지스터(131)와 직렬이고 역기전력 전압 소스 VA(136)와 직렬인 인덕터(130)를 포함하는 것으로 도시된다. 상기 역기전력 전압 소스 VA(136)의 전압은 전류가 관련된 모터 권선 내를 흐를 때는 직접적으로 관찰할 수 없지만, 관련된 권선을 통하는 전류가 영(zero)일 때는 직접 관찰될 수 있다.

일반적으로, 모터 권선에 걸치는, 예를 들면, 상기 권선 A(140a)에 걸치는 전압은 다음의 식에 의해 좌우된다.

VoutA－Vcommon＝VA＋IR＋LdI/dt

여기서,

VoutA＝상기 권선 A의 일측 단부에서의 관찰 가능한 전압;

Vcommon＝상기 권선들(104a, 104b, 104c)의 접합에서의 전압;

R＝상기 레지스터(131)의 저항;

L＝인덕터(130)의 인덕턴스;

I＝권선을 통하는 전류; 및

VA＝역 기전력 전압이다.

따라서, 상기 권선(104a)을 통하는 전류가 영일 경우, 그러면 VoutA＝VA이며, 이는 관찰될 수 있는 전압인 점을 알 수 있다.

상기 모터 제어 회로(102)는 상기 모터 제어 회로(102)의 외부로부터 외부 속도 요구 신호(speed demand signal)(106)를 수신하도록 연결되는 속도 요구 발생기(speed demand generator)(107)를 포함한다. 상기 외부 속도 요구 신호(106)는 다양한 포맷들의 하나가 될 수 있다. 일반적으로, 상기 외부 속도 요구 신호(106)는 상기 모터 제어 회로(102)의 외부로부터 요구되는 상기 모터(104)의 속도를 나타낸다.

상기 속도 요구 발생기(107)는 속도 요구 신호(107a)를 발생시키도록 구성된다. 펄스 폭 변조(PWM) 발생기(108)는 상기 속도 요구 신호(107a)를 수신하도록 연결되고, 그 최대 듀티 사이클(duty cycle)이 상기 속도 요구 신호(107a)에 의해 제어되는 펄스 폭 변조(PWM) 신호들(108a)을 발생시키도록 구성된다. 상기 펄스 폭 변조 발생기(108)는 또한 변조 신호 발생 모듈(modulation signal generation module)(146)로부터 변조 파형들(146a, 146b, 146c)을 수신하도록 연결된다. 상기 펄스 록 변조 신호들(108a)은 상기 변조 파형들(146a, 146b, 146c)에 따라 변조 특성(즉, 상대적인 시변(time-varying) 듀티 사이클)과 함께 발생된다. 변조 파형들 및 연관된 펄스 폭 변조 신호들은 도 6과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다.

상기 모터 제어 회로(102)는 또한 상기 펄스 폭 변조 신호들(108a)을 수신하도록 연결되고, 세 하프 브리지 회로들(half bridge circuits)(112/114, 116/118, 120/122)로서 배열되는 여섯 트랜지스터들(112, 114, 116, 118, 120, 122)을 구동시키는 펄스 폭 변조 게이트 구동 신호들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 발생시키도록 구성되는 게이트 드라이버 회로(gate driver circuit)(110)를 포함한다. 상기 여섯 트랜지스터들(112, 114, 116, 118, 120, 122)은 각기 노드들(102d, 102c, 102b)에서 세 모터 구동 신호들 VoutA, VoutB 및 VoutC(124, 126 및 128)을 각기 제공하도록 포화 상태로 동작한다.

상기 모터 제어 회로(102)는 또한 위치 측정 모듈(142)을 포함할 수 있으며, 이는 역 기전력(EMF) 신호(들)(예를 들면, 상기 모터 권선들(104a, 104b, 104c)이 구동되지 않고 각각의 권선 전류들이 영인 시간들에서 직접적으로 관찰할 수 있는 역 기전력 신호들을 포함하는 상기 모터 구동 신호들(124, 126, 128)의 하나 또는 그 이상을 수신하도록 연결될 수 있는) 또는 홀 요소(Hall element)들(도시되지 않음)로부터 홀 요소 신호들을 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 위치 측정 모듈(142)은 상기 모터(104)의 회전 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호(142a)를 발생시키도록 구성된다.

상기 모터 제어 회로(102)는 또한 전류 측정 모듈(144)을 포함할 수 있으며, 이는 상기 모터 구동 신호들(124, 126, 128)의 하나를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 전류 측정 모듈(144)은 상기 모터 권선들의 하나 또는 그 이상을 통하는 전류의 영교차(zero crossing)를 나타내는 영전류(zero current) 신호(144a)를 발생시키도록 구성된다. 예시적인 전류 측정 모듈은 도 8과 함께 다음에 보다 상세하게 설명한다.

상기 변조 신호 발생 모듈(146)은 상기 위치 기준 신호(142a) 및 상기 영전류 신호(144a)를 수신하도록 연결된다. 상기 변조 신호 발생 모듈(146)은 상기 위치 기준 신호(142a) 및 상기 영전류 신호(144a) 사이의 위상 차이에 따라 상기 변조 파형들(146a, 146b, 146c)의 위상을 변화시키도록 구성된다. 예시적인 변조 신호 발생 모듈(146)은 도 4와 함께 다음에 설명된다.

상기 모터 제어 회로(102)는 노드(102a)에서 모터 전압 VMOT 또는 간단히 전압 VM을 수신하도록 연결될 수 있으며, 이는 상부 트랜지스터들(112, 116, 120) 이 턴 온(turn on)되는 시간들 동안에 상기 트랜지스터들(112, 116, 120)을 통해 상기 모터에 제공된다. 이들이 턴 온되고 상기 모터(104)에 전류를 공급할 때에 상기 트랜지스터들(112, 116, 120)을 통한 작은 전압 강하(예를 들면, 0.1 볼트)가 있을 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 상기 모터 제어 회로(102)는 상기 모터(104)의 감지된 회전 위치와 관련된 상기 구동 신호들(124, 126, 128)의 타이밍(timing), 즉 위상을 자동적으로 조절할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 그래프들(200, 220, 240, 260)은 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축들을 가진다. 상기 그래프들(200, 220, 240)은 임의의 단위들의 전압의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축들을 가진다. 상기 그래프(260)는 임의의 단위들의 전류의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.

신호(202)는 상기 모터(104)가 회전하는 때에 도 1의 모터(104)의 모터 권선들(예를 들면, 권선 A(104a)) 상의 역 기전력 신호(즉, 전압 신호)를 나타낸다. 상기 역 기전력 전압(202)은 대체로 사인파 형상(sinusoidal)이다.

도 1의 모터 제어 회로(102)의 일부 실시예들에 있어서, 상기 역 기전력 신호(202)의 영교차는 상기 모터(104)의 기준 회전 위치를 확인하도록 상기 위치 측정 모듈(142)에 의해 이용될 수 있다. 상기 역 기전력 신호(202)가 발생됨에 따라 시간(208)에서 상기 역 기전력 신호(202)의 영교차가 상기 모터 권선을 통과하는 영전류와 동시에 일어나거나 거의 동시에 일어나는 것이 바람직하다. 이러한 관계는 가장 효율적인 모터 동작의 결과가 될 것이다.

모터 제어 회로(102)의 일부 실시예들에 있어서, 역 기전력 신호는 상기 모터(104)의 회전 위치를 검출하는 데 사용되지 않는다. 대신에, 홀 요소들이 상기 모터(104)에 대해 위치하고, 홀 요소 신호들(222, 224, 226)이 상기 모터(104)가 회전함에 따라 발생된다. 상기 신호들(222, 224, 226)이 상기 모터(104)의 회전 위치들을 나타내는 점이 명백해져야 한다. 특징적으로, 상기 역 기전력 신호(202)의 영교차에 맞추어 조정된 상기 홀 요소 신호들(222, 224, 226)의 과도들이 없는 점을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고, 상기 시간(208)은 상기 신호들(222, 224, 226)의 특정한 과도들 사이의 부분으로서, 예를 들면 중간으로서 상기 신호들(222, 224, 226)에 의해 확인될 수 있다.

신호들(242, 244, 246)은 도 1의 전술한 변조 파형들(146a, 146b, 146c)을 나타낸다. 상기 변조 파형들(242, 244, 246)은 상기 모터(104)를 구동시키기 위해 펄스 폭 변조(PWM) 신호들을 발생시키는 데 이용된다. 상기 변조 파형들(242, 244, 246) 및 상기 펄스 폭 변조 신호들 사이의 관련성은 도 6과 함께 다음에 보다 상세하게 설명된다.

상기 변조 파형(242)이 도 1의 권선 A(104a)와 관련되고, 대체로 동일한 권선과 관련된 상기 역 기전력 신호(202)와 정렬되는 점이 인식될 것이다. 다른 변조 파형들(244, 246)은 각기 도 1의 모터(104)의 다른 권선들 B 및 C(104b 및 104c)와 관련된다.

신호들(262, 264, 266)은 도 1의 모터(104)의 상기 권선들 A, B 및 C(104a, 104b 및 104c) 상에 각기 나타나는 전류들을 나타낸다. 상기 모터 권선들 상의 실제 전류 신호들이 상기 신호들(262, 264, 266) 내에 도시된 경우들 보다 복잡할 수 있는 점이 이해될 것이다. 그러나, 상기 전류 신호들(262, 264, 266)은 상기 세 모터 권선들을 통하는 시간에 대한 평균 전류를 나타낸다. 상기 모터 권선 A(104a) 상의 전류(262)가 대체로 상기 역 기전력 신호(202)와 위상이 같은 점이 이해될 것이다. 그러나, 도 3과 함께 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 상기 전류 신호(262) 및 관련된 역 기전력 신호(202) 사이에 위상 차이가 존재할 수 있다.

상기 모터(104)의 전기적인 회전은 여섯 상태들 또는 시간 간격들(201a, 201b, 201c, 201d, 201e, 201f)로 나누어질 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 그래프(300)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축을 가진다. 상기 그래프(300)는 또한 임의의 단위들의 전압의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 그래프(320)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축을 가진다. 상기 그래프(320)는 또한 임의의 단위들의 전압의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.

신호(304)는 도 1의 권선 A(104a) 상의 전류 신호를 나타낸다. 따라서, 상기 신호(304)는 도 2의 신호(262)에 대응된다. 신호(302)는 도 1의 권선 A(104a) 상의 역기전력 신호(136)을 나타낸다. 따라서, 상기 신호(302)는 도 2의 신호(202)에 대응된다. 상기 신호들(302, 304)의 영교차들이 분명해질 것이다. 시간 차이(308)는 상기 역기전력 신호(302)의 영교차 및 상기 전류 신호(304)의 영교차 사이의 시간 차이를 나타낸다. 그러므로, 상기 시간 차이(308)는 회전 위치 기준(즉, 상기 역 기전력 신호(302)의 영교차) 및 상기 관련된 모터 권선을 통과하는 영전류 사이의 시간 차이를 나타낸다.

신호(306)는 상기 모터(104)가 그 회전 속도가 가속되는 시간 간격 동안 또는 상기 모터(104)가 고속에서 회전하는 동안에 도 1의 권선 A(104a) 상의 전류 신호를 나타낸다. 상대적인 위상들이 시프트되었던 점을 볼 수 있다. 상기 전류 신호(306)의 영교차는 상기 역 기전력 신호(302)의 영교차에 대해 지연된다. 상기 역 기전력 신호(302)의 영교차는 상기 모터(104)의 기준 회전 위치를 나타낸다. 상기 전류 신호(306)의 영교차는 상기 모터 권선 A(104a)을 통한 영전류를 나타낸다. 상기 영교차들이 시간과 위상에서 동시에 일어나는 것이 바람직하다. 시간 동시 발생의 부족은 증가된 모터 소음과 진동 및 감소된 모터 효율의 결과가 될 것이다.

변조 파형(322)는 도 2의 변조 파형(242)과 동일하거나 유사하다. 따라서, 상기 모터가 가속되거나 빠르게 회전할 때, 상기 전류 신호(306)가 상기 변조 파형(322)에 대해 지연되는 점을 볼 수 있다. 상기 전류 신호(306)를 진행시키도록 상기 변조 파형(322)을 진행시켜(즉, 상기 변조 파형(322)을 좌측으로 이동시켜) 상기 전류 신호(306)의 영교차들이 상기 모터(104)의 회전 기준 위치를 나타내는 상기 역 기전력 신호(302)의 영교차와 동시에 일어날 수 있거나 거의 동시에 일어날 수 있게 하는 것이 바람직할 수 있다.

일반적으로, 도 1의 변조 신호 발생 모듈(146)은 또한 상기 역 기전력 신호(302) 및 상기 전류 신호들(304, 306)이 나타내는 수신된 회전 위치 기준 신호(142a)에 따라서 및 상기 영전류 신호(144a)에 따라서 다양한 변조 파형들(146a, 146b, 146c)을 진행시키거나 지연시킬 수 있다.

도 2 및 도 3과 함께 전술한 바와 같은 종래의 사인파 형상의 모터 구동 신호들을 위하여, 도 1과 함께 앞서 기술한 원인들로, 상기 모터 권선들(104a, 104b, 104c)의 각 하나가 계속적으로 구동되기 때문에 상기 역 기전력 신호(302)의 영교차를 관찰하고 검출하는 것이 쉽게 가능하지는 않다. 역 기전력 신호를 관찰하기 위하여, 모터 권선에 대해 적어도 잠깐 동안 구동 신호를 정지시키는 것이 필요하다. 따라서, 사인파 형상의 모터 구동 신호 배열로써, 일부 실시예들에서, 상기 모터(104)의 모터 권선들(104a, 104b, 104c)의 적어도 하나에 대한 상기 사인파 형상의 구동 신호는 상기 역 기전력 신호의 영교차를 관찰하기 위하여 작은 시간 창(time window) 동안에 정지될 수 있다. 이를 위하여, 도 1의 모터 제어 회로(102)에서, 제어 신호(142b)가 상기 위치 측정 모듈(142)에 의해 상기 게이트 드라이버(110)로 제공될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 변조 신호 발생 모듈(402)은 도 1의 변조 신호 발생 모듈(146)로서 이용될 수 있다.

상기 변조 신호 발생 모듈(402)은 검출된 위치 기준 신호(414) 및 검출되는 영 전류 신호(418)를 수신하도록 연결된다. 상기 검출된 위치 기준 신호(414)는 도 1의 위치 기준 신호(142a)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 검출된 영전류 신호(418)는 도 1의 영전류 신호(144a)와 동일하거나 유사할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 검출된 위치 기준 신호(414)는 권선에 대한 상기 사인파 형상의 구동이 정지되는 동안의 짧은 시간 간격을 사용함에 의해 사인파 형상의 구동 파형을 이용하여 역 기전력 신호의 영교차들과 함께 발생될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 검출된 위치 기준 신호(414)는 도 1의 모터(104) 및 관련된 홀 요소 신호들 주위에 배치되는 홀 요소들과 함께 발생될 수 있다.

상기 변조 신호 발생 모듈(402)은 또한 고정된 높은 주파수를 갖는 시스템 클록 신호(system clock signal)(416)를 수신하도록 연결된다.

이른바 "세타 램프 발생기(theta ramp generator)"(404)가 상기 검출된 위치 기준 신호(414) 및 상기 시스템 클록 신호(416)를 수신하도록 연결된다. 상기 세타 램프 발생기(404)는 조정되지 않은 세타 신호(404a)를 발생시키도록 구성될 수 있으며, 이는 주기적으로 종료 값에 도달되고 영으로 리셋되는 램프 신호를 나타내는 값들의 순서로 구성된 디지털 신호일 수 있다. 상기 램프 신호의 리셋 시간은 상기 검출된 위치 기준 신호(414)가 나타내는 상기 위치 기준(즉, 상기 모터(104)의 고정된 회전 위치)과 관련하여 고정된다.

동작 시에, 상기 세타 램프 발생기(404)는 상기 검출된 위치 기준 신호(414)에 의해 확인되는 위치 기준들 사이의 시스템 클록 천이들(system clock transitions)의 숫자들을 카운트하여 측정되는 시간 간격을 확인할 수 있다. 달리 말하면, 상기 세타 램프 발생기(404)는 상기 모터(104)가 한 번의 전기적 회전을 통해 회전하는 데 걸리는 시간(즉, 상기 시스템 클록 신호(416)의 천이들의 숫자)을 확인할 수 있다. 상기 세타 램프 발생기(404)는 상기 시스템 클록(416)의 천이들의 확인된 숫자를 고정된 수치로, 예를 들면, 256으로 나눌 수 있다. 따라서, 모터 전기 회전은 256 부분들로 나누어질 수 있다. 이에 따라, 상기 클록 신호(402)는 상기 모터의 한번의 전기적 회전 동안, 예를 들면, 256 천이들을 구현하는 주파수를 가질 수 있다. 상기 클록 신호(402)는 상기 조정되지 않은 세타 신호(404a)의 램프 값들이 증가하는 속도 및 상기 조정되지 않은 세타 신호(404a) 내의 출력을 발생시키도록 상기 세타 램프 발생기(404)에 의해 발생되고 사용될 수 있다. 따라서, 상기 조정되지 않은 세타 신호(404a) 내의 상기 램프 신호의 영까지의 리셋이 상기 모터의 매번의 전기적 회전 동안 한번 구현되고, 예를 들면, 256 단계들이 상기 램프 내에 존재할 수 있는 점이 이해될 것이다.

타이밍/위상 에러 검출기(timing/phase error detector)(410)는 상기 검출된 영전류 신호(418)를 수신하도록 연결되고, 상기 검출된 위치 기준 신호(414)를 수신하도록 연결되며, 상기 클록 신호(402)를 수신하도록 연결된다.

상기 타이밍/위상 에러 검출기(410)는 상기 검출된 위치 기준 신호(414)에 의해 확인된 위치 기준 및 상기 검출된 영전류 신호(418)에 의해 확인된 영전류 교차 사이의 시간 차이(즉, 위상 차이)를 확인하도록 구성된다.

도 3을 다시 간략히 참조하면, 달리 말하면, 상기 타이밍/위상 에러 검출기(410)는 상기 전류 신호(304 또는 306)의 영교차 및 상기 역 기전력 전압 신호(302)의 영교차 사이의 시간 차이를 확인하도록 동작할 수 있다.

도 4를 다시 참조하면, 상기 타이밍/위상 에러 검출기(410)는 에러 신호(error signal)(410a)를 발생시키도록 구성되며, 이는, 일부 실시예들에서, 상기 확인된 시간(즉, 위상) 차이를 나타내는 디지털 값이 될 수 있다.

비율 적분기 미분기(proportional integrator differentiator: PID) 또는, 다른 실시예들에서, 비율 적분기(PI)가 상기 에러 신호(410a)를 수신하도록 연결될 수 있고, 조정 신호(412a)를 발생시키기 위해 상기 에러 신호(410a)를 기본적으로 필터링하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 조정 신호(412a)는 상기 타이밍/위상 에러 검출기(410)에 의해 확인된 시간 차이에 비례하는 디지털 값이 될 수 있다.

가산 모듈(summing module)(406)은 상기 조정되지 않은 세타 신호(404a)(즉, 고정된 위상에서 리셋되는 램프 신호를 나타내는 디지털 값들의 연속적인 세트)를 수신하도록 연결되고, 상기 조정 신호(412a)를 수신하도록 연결되며, 세타 신호(406a)를 발생시키도록 구성된다.

동작 시에, 상기 세타 신호(406a)가 상기 조정되지 않은 세타 신호(404a)와 같은 리셋되는 램프 신호이지만, 이를 위해 상기 램프 신호의 리셋 시간들이 상기 조정 신호(412a)의 값에 따라 시간에 맞게, 즉 조정된 위상으로 이동하는 점이 이해되어야 할 것이다.

변조 프로파일 룩업 테이블(look up table) 및 프로세서(408)가 상기 세타 신호(406a)를 수신하도록 연결된다. 상기 변조 프로파일 룩업 테이블 및 프로세서(408)는 하나 또는 그 이상의 변조 프로파일들, 예를 들면, 도 2의 변조 프로파일(242)을 나타내는 값을 내부에 저장하도록 구성된다.

동작 시에, 상기 세타 신호(406a)는 상기 변조 프로파일 룩업 테이블 및 프로세서(408) 내의 저장된 변조 신호의 값들 사이의 순서에 사용된다. 상기 세타 신호(406a)의 리셋 부분들이 나타내는 상기 세타 신호(406a)의 위상이 상기 검출된 위치 기준 신호(414) 내에 확인되는 위치 기준 및 상기 검출된 영교차 신호(418) 내에 확인되는 바와 같은 모터 권선 내의 전류의 영교차 사이의 시간 차이에 따라 조정될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 상기 변조 프로파일 룩업 테이블 및 프로세서(408)에 발생된 변조 신호(408a)의 위상, 즉 타이밍이 조절될 수 있다.

상기 변조 프로파일 룩업 테이블 및 프로세서(408)의 프로세서 부분은 다른 고정된 위상들, 예를 들면, 도 2의 변조 프로파일들(244, 246)에서 상기 변조 프로파일(408a), 예를 들면, 도 2의 변조 프로파일(242)에 대하여 고정된 위상들에 있을 수 있는 다른 변조 프로파일들(408b, 408c)을 자동적으로 발생시킬 수 있다.

모터 권선들을 통하는 영전류를 검출하는 예시적인 회로들 및 방법들이 도 5－도 8과 함께 다음에 설명된다. 그러나, 다른 방법들이 모터 권선을 통하는 영전류를 검출하는 데 이용될 수 있는 점이 인식되어야 할 것이다.

이제 도 5를 참조하면, 세 하프 브리지 회로들(502, 504, 506)은 도 1의 세 하프 브리지 회로들(112/114, 116/118, 120/122)에 대응되며, 세 모터 권선들을 구동시키는 것으로 도시된다. 상기 하프 브리지 회로(502)를 통하고 상기 모터 권선들의 하나를 통하는 전류들은 원 숫자들 ①, ② 및 ③에 의해 확인되는 점선들로 나타난다. 상기 전류들 ①, ② 및 ③은 상기 모터 권선 내의 전류 신호의 양극성(positive polarity) 동안, 예를 들면, 도 2의 전류 신호(262)의 양의 부분들 동안에 다른 시간들에서 상기 하프 브리지 회로(502)를 통하는 전류들을 나타낸다. 상기 전류 ①은 상기 상부 FET가 온된 것을 나타내고, 상기 전류 ③은 상기 하부 FET가 온된 것을 나타내며, 상기 전류 ②는 양 FET들이 턴 오프된 것을 나타낸다. 상기 전류 ②가 상기 하부 FET의 진성 다이오드를 통과하며, 이에 따라 상기 전압 VoutA(예를 들면, 도 1의 신호(124) 참조)가 상기 하프 브리지(502)의 두 FET들이 턴 오프될 때에 개시되는 접지 아래의 전압인 대략 0.7 볼트를 구현하고, 상기 하부 FET가 턴 온될 때에 접지 전압으로 돌아가는 점이 인식될 수 있을 것이다. 따라서, 접지 아래로 진행하고 접지로 돌아가는 상기 전압 VoutA를 검출함에 의해, 상기 하프 브리지(502)를 통하고 관련된 모터 권선을 통하는 실제 영전류가 확인될 수 있는 점을 이해할 수 있을 것이다.

이제 도 5와 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 5a를 참조하면, 상기 하프 브리지 회로(502)를 통하고 상기 모터 권선들의 하나를 통하는 전류들은 원 숫자들 ①, ② 및 ③에 의해 확인되는 점선들로 다시 나타낸다. 상기 전류들 ①, ② 및 ③은 상기 모터 권선 내의 전류 신호의 음극성(negative polarity) 동안, 예를 들면, 도 2의 전류 신호(262)의 음의 부분들 동안에 다른 시간들에서 상기 하프 브리지 회로(502)를 통하는 전류들을 나타낸다. 상기 전류 ①은 상기 상부 FET가 온된 것을 나타내고, 상기 전류 ③은 상기 하부 FET가 온된 것을 나타내며, 상기 전류 ②는 양 FET들이 턴 오프된 것을 나타낸다. 상기 전류 ②가 상기 상부 FET의 진성 다이오드를 통과하며, 이에 따라 상기 전압 VoutA가 상기 하프 브리지(502)의 두 FET들이 턴 오프될 때에 상기 전압 VM 이상의 전압인 대략 0.7 볼트를 구현하고, 상기 상부 FET가 턴 온될 때에 상기 전압 VM으로 돌아가는 점을 이애할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 전압 VM 이상으로 진행하고 상기 전압 VM으로 돌아가는 상기 전압 VoutA를 검출함에 의해 상기 하프 브리지(502)를 통하고 관련된 모터 권선을 통하는 실제 영전류가 확인될 수 있는 점이 이해될 것이다.

이제 도 6을 참조하면, 그래프(600)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들의 전류의 단위로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 그래프(620)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들의 전압의 단위로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 그래프(640)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들의 전압의 단위로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.

신호(602)는 사인파 형태의 구동 신호가 사용될 때에 모터 권선 A 내의 전류 신호를 나타낸다. 상기 전류 신호(602)는 도 2의 전류 신호(262)와 동일하거나 유사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 펄스 폭 변조 구동 신호가 이용될 때, 상기 전류 신호(602)가 보다 복잡하게 나타날 수 있지만, 상기 신호(602)는 일반적으로 상기 권선 A를 통하는 평균 전류를 나타낸다. 상기 전류 신호는 시간(606, 608)에서 영교차를 가진다.

변조 신호(622)는 도 2의 변조 신호(242)와 동일하거나 유사할 수 있다. 상기 변조 신호(622)는 넷(604a, 604b, 604c, 604d)이 도시된 여섯 시간 간격들 또는 위상들을 가진다.

펄스 폭 변조 신호(642)는 상기 변조 파형(622)에 따라 발생될 수 있고, 상기 변조 파형(622)의 피크들(622a, 622b)의 시간들에서 높은 듀티 사이클(642a, 642b)을 시간들 및 상기 변조 파형(622)의 값들에 따라 상기 변조 파형(622)의 다른 부분들의 시간들에서 보다 낮은 듀티 사이클의 시간들을 가질 수 있다. 상기 PWM 신호(642)는 사인파 형상의 구동을 위해 도 1의 모터(104)의 모터 권선 A(104a)에 실제로 인가되는 신호일 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 펄스 폭 변조 펄스들(702, 702')은 상기 전류 신호(602)의 음극성 부분들 동안에 도 6의 펄스 폭 변조 펄스들(642)을 나타낸다. 펄스 폭 변조 펄스(704)는 상기 전류 신호(602)의 양극성 부분들 동안에 도 6의 펄스 폭 변조 펄스들(642)을 나타낸다.

상기 펄스 폭 변조 펄스들(702, 702')은 상승되거나 과도인 부분들(702b, 702c, 702b', 702c') 및 정상 상태 부분들(702a, 702a')을 가진다. 도 5 및 도 5a와 함께 앞서 논의한 바에 따라, 하프 브리지의 양 트랜지스터들, 예를 들면, FET들이 턴 오프될 때, 관련된 모터 권선 상에 나타나는 전압 VoutA가 상기 모터 권선 내의 전류의 극성, 즉 상기 전류 신호(602)의 극성에 따라 일시적으로 상기 모터 전압 VM 상부로 또는 전비 아래로 진행되는 점이 이해될 것이다. 또한, 상기 펄스 폭 변조 신호들(702, 704, 702')의 각 주요 에지 천이가 상기 FET들이 모두 턴 오프되거나 그렇지 않으면 양 FET들이 동시에 턴 온될 수 있는 동안에 짧은 시간 간격으로 진행되어, 상기 모터 전압 VM 및 접지 사이의 단락을 야기하는 점이 이해될 것이다. 따라서, 상기 두 FET들이 턴 오프될 때, 상기 과도 신호 부분들(702b, 702c, 704b, 704c, 702b', 702c')의 결과가 된다. 상기 과도 신호 부분들(702b, 702c, 704b, 704c, 702b', 702c')은 짧은 시간 간격 동안, 예를 들면, 약 육백 나노초 동안 일어날 수 있다.

상기 과도 전압 신호 부분들(702b, 702c, 704b, 704c, 702b', 702c')의 방향이 상기 전류 신호(602)의 영교차의 발생에 따라, 즉, 시간들(606, 608)에서 방향을 변화시키는 점이 분명해 질 것이다. 따라서, 상기 과도 신호 부분들(702b, 702c, 704b, 704c, 702b', 702c')의 방향의 변화들의 검출은 상기 관련된 모터 권선 내의 영전류를 확인하는 데 사용될 수 있다.

이제 도 7a를 참조하면, 그래프(720)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들의 전압의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 그래프(740)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축 및 임의의 단위들의 전류의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.

신호(722)는 도 6의 펄스 폭 변조 신호(642)를 나타내지만, 도 7의 과도 부분들(702b, 702c, 704c, 704d, 702b', 702c')과 같은 과도 신호 부분들이 도시된다. 신호(742)는 도 6의 전류 신호(602)와 동일하거나 유사할 수 있다.

시간들 t1－t9는 상기 과도 신호 부분들 동안에 발생한다. 도 5 및 도 5a와 함께 앞서의 논의로부터, 상기 과도 신호 부분들이 모터 권선을 구동시키는 관련된 하프 브리지 회로의 양 FET들이 턴 오프될 때에 일어나는 점이 분명해질 것이다.

도 5, 도 5a 및 도 7과 함께 앞서 논의한 이유들로, 상기 시간 t6에서, 상기 과도 신호 부분이 상기 전류 신호(742)의 영교차와 동시에 또는 거의 동시에 배향을 변화시킨다. 따라서, 상기 과도 신호 부분들의 배향의 변화는 모터 권선 내의 영전류 교차를 검출하는 데 사용될 수 있다. 특히, 상기 시간들 t1－t5에서, 상기 과도 신호 부분들은 상기 모터 전압 VM 상부로 연장된다. 반대로, 상기 시간들 t6－t9에서, 상기 과도 신호 부분들은 접지 아래로 연장된다. 상기 과도 신호 부분들의 다른 변화 또는 배향(도시되지 않음)이 상기 전류 신호(742)의 다음 영교차에서 일어나며, 또한 상기 다음 영교차를 검출하는 데 사용될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 회로(예를 들면, 다음의 도 8에 도시되는 비교기(comparator)들(808, 810) 참조)는 상기 시간들 t1－t9에서 또는 부근에서 및 후속하는 다른 유사한 시간들에서도 상기 신호 과도 부분들만 검출하기 위해 상기 신호 VoutA(722)를 샘플링하도록 동작할 수 있다. 상기 시간들 t1－t9 및 후속하는 유사한 시간들은 양 FET들이 이들 시간들에서 잠깐 턴 오프되기 때문에 알려진다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 신호(722)는 상기 과도 신호 부분들을 검출하도록 계속적으로 샘플링될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 과도 신호 부분들의 배향들의 변화들은 두 비교기들로 검출될 수 있다. 상기 전류 신호(742)의 양 영교차들이 검출될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 하나의 비교기가 상부로 연장되거나 하부로 연장되는 과도 신호 부분들의 존재나 부존재를 검출하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 전류 신호(742)의 양 영교차들이 하나의 비교기로 검출될 수 있다.

이제 도 1과 동일한 요소들을 동일한 참조 부호들로 나타낸 도 8을 참조하면, 영전류 검출 모듈(zero current detection module)(802)은 도 1의 전류 측정 모듈(144)과 동일하거나 유사할 수 있다.

상기 영전류 검출 모듈(802)은 선택 가능한 스위치(804)를 통해 상기 세 모터 권선들에 연결되는 제1 비교기(808)를 포함할 수 있다. 상기 영전류 검출 모듈(802)은 또한 선택 가능한 스위치(806)를 통해 상기 세 모터 권선들에 연결되는 제2 비교기(810)를 포함할 수 있다. 상기 제1 비교기(808)는 상기 모터 전압 VM과 동일하거나 가까운 기준 전압을 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 제2 비교기(810)는 접지와 동일하거나 가까운 기준 전압을 수신하도록 연결될 수 있다.

상기 제1 비교기(808)는 상기 모터 전압 이상으로 진행하는 선택된 모터 권선 상의 전압을 나타내는 출력 신호(808a)를 발생시키도록 구성된다. 상기 제2 비교기(810)는 접지 아래로 진행하는 선택된 모터 권선 상의 전압을 나타내는 출력 신호(810a)를 발생시키도록 구성된다. 따라서, 동작 시에, 상기 제1 비교기(808)는 사인파 형상의 모터 구동과 관련된 도 7의 펄스 폭 변조 신호의 양의 과도 신호 부분들(702b, 702c, 702b', 702c')을 검출하도록 동작할 수 있다. 유사하게, 동작 시에, 상기 제2 비교기(810)는 사인파 형상의 모터 구동과 관련된 도 7의 펄스 폭 변조 신호의 음의 과도 신호 부분들(704b, 704c)을 검출하도록 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이들 신호 부분들의 에지들은 관련된 모터 권선 내의 영전류 교차를 확인하는 데 이용될 수 있다.

상기 영전류 검출 모듈(802)은 또한 상기 출력 신호(808a, 810a)을 수신하도록 연결되고, 상기 출력 신호들(808a, 810a)의 선택된 하나를 나타내는 출력 신호(812a)를 발생시키도록 구성되는 멀티플렉서(multiplexer)(812)를 포함할 수 있다.

상기 멀티플렉서(812)는 상기 변조 신호 발생 모듈(146)로부터 제어 신호(146d)를 수신하도록 연결될 수 있다. 상기 스위치들(804, 806)은 상기 변조 신호 발생 모듈(146)로부터 다른 제어 신호들(도시되지 않음)을 수신하도록 연결될 수 있다.

상기 변조 신호 발생 모듈(146)은 상기 모터 권선들의 하나 또는 그 이상 내의 영전류 교차를 확인하도록 다양한 유형들의 로직을 사용할 수 있다. 예를 들면, 도 7 및 도 7a와 함께 앞서 논의한 바에 따라, 펄스 폭 변조 사인파 형상의 모터 구동 신호를 위해, 상기 출력 신호들(808a, 810a)은 상기 펄스 폭 변조 신호(642)의 과도 신호 부분들(702b, 702c, 704b, 704c, 702b', 702c')의 방향의 변화를 확인하는 데 사용될 수 있다. 본질적으로, 상기 멀티플렉서(812)는 상기 과도 신호 부분들의 특정한 방향의 검출이 이루어질 때는 언제든지 다른 비교기를 보도록 전환될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 스위치들이 사용되지 않고, 하나의 모터 권선만이 신호들을 상기 비교기들(808, 810)에 제공하는 데 사용된다. 일부 실시예들에 있어서, 하나의 비교기만이 사용되며, 상기 멀티플렉서(812)는 필요하지 않다. 다양한 다른 유형들의 로직(logic)은 상기 모터 권선 상의 전압이 상기 모터 전압 VM 상부로 및/또는 접지 아래로 진행하는 때에 전술한 기술을 이용하여 상기 모터 권선을 통하는 전류의 영교차를 확인하도록 상기 변조 신호 발생 모듈(146)에 의해 사용될 수 있다.

이제 도 9를 참조하면, 그래프(900)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축을 가진다. 상기 그래프(900)는 또한 임의의 단위들의 전류의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다. 그래프(920)는 임의의 단위들의 시간의 단위들로 크기를 나타낸 수평 축을 가진다. 상기 그래프(920)는 또한 임의의 단위들의 전안의 단위들로 크기를 나타낸 수직 축을 가진다.

신호(904)는 전술한 사인파 형상의 모터 구동 신호들에 대향되는 바와 같은 사다리꼴(trapezoidal) 모터 구동을 나타낸다. 상기 신호(904)는 모터 권선 상의 사다리꼴 전류 신호를 나타낸다.

상기 전압 파형(922)이 백퍼센트 모터 구동을 위한 모터 권선에 인가되는 실제 전압을 나타내는 점이 이해될 것이다. 백퍼센트 모터 구동을 위하여, 상기 신호(922)는 백 퍼센트의 듀티 사이클로 VM의 전압(모터 전압)을 구현하며, 다른 시간들에서는 영이다. 백퍼센트 보다 작은 다른 사다리꼴 모터 구동(도시되지 않음)을 위해, 상기 백 퍼센트의 구동 신호(922)가 상기 전압 VM을 구현하는 시간 간격 동안, 상기 다른 사다리꼴 모터 구동이 백 퍼센트 보다 작은 모터 구동에 따라 듀티 사이클과 함께 펄스 폭 변조를 가지는 펄스 폭 변조된 신호를 제공한다.

모터 전기 회전의 시간은 네 상태들(902a, 902b, 902c, 902d)만이 도시된 여섯 상태들로 분할될 수 있다. 다른 두 상태들 동안의 신호들은 분명할 것이다. 상기 모터 권선들의 각 하나는 모터 구동 신호(922)와 같은 모터 구동 신호를 수신하지만, 위상이 시프트되며 상기 위상들의 다른 하나에서 시작된다.

사다리꼴 구동으로써, 상기 모터 권선에 인가되는 구동 신호는 제1 위상(902a) 동안 및 제4 위상(902d) 동안에도 영이다. 따라서, 상기 제1 및 제4 위상들(902a, 902d) 동안, 상기 전류 신호(904)는 신호 부분(904a) 동안 및 신호 부분(904d) 동안에 영전류를 구현한다. 상기 영전류는 상기 모터 권선의 유도 행동으로 인해 상기 제1 및 제4 위상들(902a, 902d)의 시작에서 즉시 구현되지 않는다. 도 1과 함께 앞서 기술한 이유들로, 권선에 인가되는 구동 전압이 영이고, 상기 전류가 영으로 쇠퇴할 때, 상기 역 기전력 전압이 상기 권선에 걸쳐 직접 관찰될 수 있다.

도 5 및 도 5a와 함께 보다 상세하게 앞서 기술한 이유들로, 신호 부분(922a) 동안, 상기 모터 권선 상의 신호(922)는 VM＋Vd의 전압을 구현하고, 신호 부분(922d) 동안, 상기 신호(922)는 -Vd의 전압을 구현한다. 신호 부분들(904a, 904d) 동안에 상기 영전류를 검출하는 예시적인 방법은 도 5 및 도 5a와 함께 앞서 기술되었다. 이를 위하여, 상기 신호(922)의 부분들(922a, 922d)은 도 5, 도 5a 및 도 8과 함께 앞서 기술한 경우들과 같은 회로들 및 기술들을 이용하여 상기 영 권선 전류를 검출하는 데 사용될 수 있다.

상기 제1 및 제4 위상들(902a, 904d)의 일부 동안, 특히, 상기 전압 신호(922)의 점선 부분들(922b, 922e) 동안, 상기 역 기전력 전압이 직접적으로 관찰될 수 있다. 상기 전압 신호(922)의 부분들(922b, 922e) 동안 및 부분들(922a, 922d) 동안에, 구동 신호가 관련된 모터에 인가되지 않는다. 전술한 바와 같이, 상기 모터 권선의 유도 행동은 상기 구동 신호(922)의 부분들(922b, 922e) 동안에만 영전류를 구현하는 상기 모터 권선을 통하는 전류를 야기한다.

앞서의 논의로부터, 사다리꼴 구동으로 및 여섯 모터 구동 상태들을 이용하여, 각 모터 권선이 구동되지 않을 때, 예를 들면, 상기 모터 권선이 함께 모터 전기적 회전의 육분의 일(즉, 육십도)을 차지하는 신호 부분들(922a, 922b)과 관련된 시간 간격들 동안에 구동하지 않고 있는 동안 에 실질적인 시간 간격들이 존재하는 점이 이해되어야 할 것이다. 상기 모터 권선을 통하는 전류는 과도 신호 부분들(922a, 922d) 단부들에서, 즉, 신호 부분들(922b, 922e) 동안에 영으로 된다. 상기 신호 부분들(922b, 922e) 동안, 상기 역 기전력 전압이 직접적으로 관찰될 수 있다. 따라서, 상술한 상기 사인파 형상의 구동과는 달리, 상기 여섯 상태의 사다리꼴 구동 배열로 연속적으로 구동되는 모터 권선들을 위해, 그 단부들이 영 권선 전류를 나타내는 상기 과도 신호 부분들(922a, 922d)을 검출하거나, 모터 회전 위치를 나타내는 상기 신호 부분들(922b, 922e) 동안에 영교차를 검출하기 위하여 상기 권선에 모터 구동이 인가되지 않는 동안에 시간 창을 별도로 생성할 필요는 없다.

여기서 언급되는 모든 참조 문헌들은 그 개시 사항들이 여기에 참조로 포함된다.

이상, 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하고, 본 발명의 범주에 속하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포함하는 다른 실시예들이 이용될 수 있는 점이 분명해 질 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범주가 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니라, 다음의 특허청구범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

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복수의 모터 권선들을 갖는 다상 모터를 구동시키는 방법에 있어서,
상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키는 단계;
상기 모터의 각 회전의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키는 단계;
위상 비교 신호를 발생시키도록 상기 영전류 신호의 위상과 상기 위치 기준 신호의 위상을 비교하는 단계;
각기 상기 위상 비교 신호의 값에 관련된 위상을 갖는 복수의 변조 신호들을 발생시키는 단계; 및
상기 복수의 변조 신호들에 따라 상기 복수의 모터 권선들에 대한 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키는 단계를 포함하며, 상기 영전류 신호를 발생시키는 단계는,
전기 모터에 연결되는 각각의 복수의 하프 브리지 회로들로 상기 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키는 단계를 포함하고, 각 하프 브리지 회로는,
각각의 제1 및 제2 직렬로 연결된 트랜지스터들;
하이 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 고전압 노드;
로우 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 저전압 노드; 및
상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나가 발생되는 각각의 출력 노드를 구비하며,
상기 복수의 하프 브리지 회로들의 적어도 하나의 상기 제1 또는 제2 트랜지스터의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 검출하는 단계는,
상기 하이 전원 공급 전압 이상의 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계; 또는
상기 로우 전원 공급 전압 이하의 상기 출력 노드에서의 전압을 검출하는 단계를 구비하며,
상기 역방향 전류를 검출하는 단계에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키는 단계를 포함하며,
상기 복수의 변조 신호들을 발생시키는 단계는,
상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응하여 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블을 제공하는 단계를 포함하고;
가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키는 단계를 포함하며;
가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키도록 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 상기 위상 비교 신호에 관련된 값에 추가하는 단계를 포함하고, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 값과 가장 큰 값은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 값 및 가장 큰 값으로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되며, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신호와 관련되고;
상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키기 위해 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾도록 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호들을 이용하는 단계를 포함하며;
상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나에 대한 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,
상기 모터에 근접하여 배치되는 홀 센서로 홀 센서 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,
상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 연결되는 역 기전력 모듈로 역 기전력 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,
상기 기준 위치를 구현하는 상기 모터에 근접하는 시간 창 동안에 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 대한 모터 구동 신호를 정지시키는 단계; 및
역 기전력 신호의 영교차에 의해 상기 시간 창 동안에 상기 기준 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
제 33 항에 있어서, 상기 역방향 전류를 검출하는 단계는,
상기 제1 및 제2 트랜지스터들이 모두 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드에서만 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 33 항에 있어서, 상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나는,
각각의 복수의 펄스 폭 변조 신호들을 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 하이 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 하이 값들 및 상기 하이 전원 공급 전압 보다 높은 과도 하이 값들을 구비하는 하이 상태들을 가지며, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 로우 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 로우 값들 및 상기 로우 전원 공급 전압 보다 낮은 과도 로우 값들을 구비하는 로우 상태들도 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
복수의 모터 권선들을 갖는 다상 모터를 구동시키기 위한 전자 회로에 있어서,
상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 전류의 영교차를 나타내는 영전류 신호를 발생시키도록 구성되는 전류 측정 모듈;
상기 모터의 각 회전의 기준 위치를 나타내는 위치 기준 신호를 발생시키도록 구성되는 위치 측정 모듈;
위상 비교 신호를 발생시키기 위해 상기 영전류 신호의 위상과 상기 위치 기준 신호의 위상을 비교하도록 구성되며, 각기 상기 위상 비교 신호의 값에 관련된 위상을 갖는 복수의 변조 신호들을 발생시키도록 구성되는 변조 신호 발생 모듈;
상기 복수의 변조 신호들에 따라 상기 복수의 모터 권선들에 대해 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키도록 구성되는 구동 회로: 및
전기 모터에 연결되고, 상기 복수의 모터 구동 신호들을 발생시키도록 구성되는 복수의 하프 브리지 회로들을 포함하며, 각 하프 브리지 회로는,
각각의 제1 및 제2 직결로 연결된 트랜지스터들;
하이 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 고전압 노드;
로우 전원 공급 전압을 수용하기 위한 각각의 전원 공급 저전압 노드; 및
상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나가 발생되는 각각의 출력 노드를 구비하고, 상기 전자 회로는,
적어도 하나의 비교기를 더 포함하며, 상기 비교기는,
상기 하이 전원 공급 전압 이상인 상기 출력 노드에서의 전압; 또는 상기 로우 전원 공급 전압 이하인 상기 출력 노드에서의 전압의 적어도 하나를 검출하는 것에 의해 상기 복수의 하프 브리지 회로들의 적어도 하나의 상기 제1 및 제2 트랜지스터들의 적어도 하나를 통과하는 역방향 전류를 나타내는 각각의 적어도 하나의 비교기 출력 신호를 발생시키도록 구성되고, 상기 전자 회로는,
상기 적어도 하나의 비교기 출력 신호에 따라 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나를 통하는 상기 전류의 영교차를 나타내는 상기 영전류 신호를 발생시키도록 구성되는 프로세서를 더 포함하며,
상기 변조 신호 발생 모듈은,
상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나의 형상에 대응되는 변조 값들이 저장되는 룩업 테이블;
가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키도록 구성되는 톱니 발생기;
상기 영전류 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되고, 상기 위치 기준 신호를 나타내는 신호를 수신하도록 연결되며, 상기 위상 비교 신호를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성되는 타이밍/위상 에러 검출기; 및
가장 작은 값과 가장 큰 값 및 상기 가장 작은 값과 상기 가장 큰 값 사이의 복수의 값들을 갖는 제2의 연속적인 톱니 램프 신호를 발생시키기 위해 상기 위상 비교 신호에 관련된 값에 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호를 추가하도록 구성되는 가산 모듈을 포함하며, 상기 제2의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들은 상기 제1의 연속적인 톱니 램프 신호의 가장 작은 및 가장 큰 값들로부터의 조정 시간에 의해 시간에 맞게 시프트되고, 상기 조정 시간은 상기 위상 비교 신호와 관련되며, 상기 조정된 연속적인 톱니 램프 신호는 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나를 발생시키도록 상기 룩업 테이블 내의 값들을 연속하여 찾는 데 이용되고, 상기 복수의 변조 신호들의 적어도 하나에 대한 소정의 위상 관계에서 적어도 하나의 다른 변조 신호를 발생시키는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
제 40 항에 있어서, 상기 위치 측정 모듈은 상기 모터에 근접하여 배치되는 홀 센서에 의해 발생되는 홀 신호에 따라 위치 신호를 발생시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
제 40 항에 있어서, 상기 위치 측정 모듈은 모터 권선 내에 발생되는 역 기전력 신호에 따라 위치 신호를 발생시키도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
제 40 항에 있어서, 상기 위치 기준 신호를 발생시키는 단계는,
상기 기준 위치를 구현하는 상기 모터에 근접하는 시간 창 동안에 상기 복수의 모터 권선들의 적어도 하나에 대해 모터 구동 신호를 정지시키는 단계; 및
역 기전력 신호의 영교차에 의해 상기 시간 창 동안에 상기 기준 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
삭제
제 40 항에 있어서, 상기 검출하는 단계는 상기 제1 및 제2 트랜지스터들이 모두 턴 오프되는 시간들에서 상기 출력 노드만에서의 전압을 샘플링함에 의해 상기 역방향 전류를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로.
제 40 항에 있어서, 상기 복수의 모터 구동 신호들의 각각의 하나는,
각각의 복수의 폭 변조 신호들을 포함하고, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 하이 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 하이 값들 및 상기 하이 전원 공급 전압 보다 높은 과도 하이 값들을 구비하는 하이 상태들을 가지며, 상기 복수의 펄스 폭 변조 신호들의 각각의 하나는 상기 로우 전원 공급 전압에 근접하는 정상 상태 로우 값들 및 상기 로우 전원 공급 전압 보다 낮은 과도 로우 값들을 구비하는 로우 상태들도 가지는 것을 특징으로 하는 전자 회로.