KR102186206B1 - 높은 공통 모드 제거비를 갖는 증폭기를 사용하지 않는 h-브리지 애플리케이션에서의 정밀한 전류 감지 - Google Patents

높은 공통 모드 제거비를 갖는 증폭기를 사용하지 않는 h-브리지 애플리케이션에서의 정밀한 전류 감지 Download PDF

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크리스티안 비. 로케레
블렌던 제이. 웰렌
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리니어 테크놀러지 엘엘씨
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Abstract

전류 감지 회로는 감지될 전류가 통과하여 이동하는 션트 저항을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 차동 증폭기는 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 각각 제공할 수 있다. 스위칭 시스템은 션트 저항의 공통 모드 전압이 로우(low)일 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하고, 션트 저항의 공통 모드 전압이 하이(low)일 때 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하여 전류 감지 신호 출력을 전달할 수 있다. 제1 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 로우일 때 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공할 수 있고, 제2 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 하이일 때 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 차동 증폭기는 모두, 감지되는 전류를 제어하는 스위치의 스위칭 주파수에서 40 db 미만의 비와 같은 낮은 공통 모드 전압 제거비를 가질 수 있다.

Description

높은 공통 모드 제거비를 갖는 증폭기를 사용하지 않는 H-브리지 애플리케이션에서의 정밀한 전류 감지{ACCURATE CURRENT SENSING IN H-BRIDGE APPLICATIONS WITHOUT AMPLIFIER HAVING HIGH COMMON MODE REJECTION RATIO}
[관련 출원에 대한 교차 참조]
본 발명은 2013년 8월 21일 출원되고 발명의 명칭이 "Current Sensing for H-Bridge Applications"인 미국 가특허 출원 제61/866,334호에 기초하며 그 우선권을 주장한다(대리인 도켓 번호 081318-0609). 이 출원의 전문은 본 명세서에 참조로서 편입된다.
[기술분야]
본 개시 내용은 전자 스위치의 H-브리지에 의해 구동되는 모터를 제어하는 전류 감지 회로를 포함하는 전류 감지 회로에 관한 것이다.
모터의 각각의 권선(winding)은 PWM(pulse-width-modulated) 신호에 의해 구동될 수 있는 전자 스위치의 H-브리지에 의해 구동된다.
시스템은 각각의 모터 권선으로(또는 그로부터) 흐르는 전류를 연속적으로 측정할 필요가 있을 수 있다. 이러한 요구되는 측정을 유효하게 하기 위하여, 션트 저항이 각 권선과 직렬로 배치될 수 있으며, 각각의 션트 저항에 걸린 차동 전압이 측정되여 이를 통해 이동하는 전류의 표시 역할을 할 수 있다.
차동 증폭기가 션트 저항에 걸린 차동 전압을 측정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 션트 저항에 걸린 차동 전압은 매우 낮을 수 있는 반면, 션트 저항의 공통 모드(common mode) 전압(접지에 대한 션트 저항 단자의 전압의 순시 평균)은 H-브리지가 PWM 신호에 의해 스위칭될 때 매우 폭넓게 가변할 수 있다. 이것은 차동 증폭기에 의해 이루어진 측정에서 오차를 야기할 수 있다.
이러한 오차를 감소시키기 위하여, 차동 증폭기는 매우 높은 공통 모드 전압 제거비(CMRR; common mopde rejection ratio)를 가질 수 있다. 이것은, 공통 모드 전압에서의 넓은 변동의 면에서도, 차동 증폭기로 하여금 션트 저항에 걸린 차동 전압을 정밀하게 추적할 수 있게 한다. 그러나, DC 정밀도(오프셋 전압)와 AC 성능(AC CMRR)을 위한 최적화 사이에 어려운 트레이드 오프가 요구될 수 있다.
일부 H-브리지 구동식 모터 컨트롤러는 모터 권선에서 전류를 직접 측정하지 않을 수 있다. 대신에, 이는 H-브리지를 형성하는 스위치에 대한 공급 연결 또는 접지에서 전류를 측정할 수 있다. 그러나, 이러한 접근 방식에 의해 제공되는 정보는 모터 권선으로의 전류를 직접 측정하는 것만큼 정밀하지 않을 수 있다.
전류 감지 회로는 감지될 전류가 통과하여 이동하는 션트 저항을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 차동 증폭기는 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 각각 제공할 수 있다. 스위칭 시스템은 션트 저항에 걸린 공통 모드 전압이 로우(low)일 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하고, 션트 저항에 걸린 공통 모드 전압이 하이(low)일 때 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하여 전류 감지 신호 출력을 전달할 수 있다.
제1 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 로우일 때 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공할 수 있고, 제2 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 하이일 때 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공할 수 있다. 전류 감지 회로는 스위칭 주파수로 스위칭하는 하나 이상의 스위치에 의해 제어되는 전류를 감지할 수 있다. 제1 및 제2 차동 증폭기는 모두, 스위칭 주파수에서 40 db 미만의 비와 같은 낮은 공통 모드 전압 제거비를 가질 수 있다.
이와 같은 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점과 다른 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점은 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 첨부된 도면 및 특허청구범위에 대한 검토로부터 명확하게 될 것이다.
도면은 예시적인 실시예에 관한 것이다. 이는 모든 실시예들을 예시하지 않는다. 다른 실시예들은 추가로 또는 대체하여 사용될 수 있다. 명료하거나 불필요한 상세 사항은 공간을 절약하고 더욱 효과적인 도시를 위하여 생략될 수 있다. 일부 실시예들은 추가 구성요소나 단계를 가지면서 그리고/또는 도시된 구성요소나 단계를 모두 가지지는 않으면서 실시될 수 있다. 동일한 도면 부호가 상이한 도면에 나타날 때, 이는 동일하거나 유사한 구성요소나 단계를 지칭한다.
도 1은 모터와, 높은 공통 모드 제거비를 갖는 차동 증폭기를 필요로 하지 않는 전류 감지 회로를 포함하는 모터의 권선을 구동하기 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
도 2는 모터와, 도 1과 유사하지만 공통 모드 전압을, 직접적인 것에 비하여, 간접적으로 감지하는 전류 감지 회로를 포함하는 모터의 권선을 구동하기 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
도 3은 모터와, 도 1에서와 같이 직접적으로도 그리고 도 2에서와 같이 간접적으로도 공통 모드 전압을 감지하는 전류 감지 회로를 포함하는 모터의 권선을 구동하기 위한 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
도 4는 모터와, 도 1과 유사하지만, 단일 비교기에 비하여, 공통 모드 전압이 하이(high)인지 또는 로우(low)인지 감지하기 위한 2개의 비교기를 이용하는 전류 감지 회로를 포함하는 모터의 권선을 구동하기 위한 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
도 5는 모터와, 도 4에 도시된 회로의 듀얼 비교기 특징을 도 3의 듀얼 입력 신호와 결합하는 전류 감지 회로를 구비하는 모터의 권선을 구동하기 위한 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
도 6은 모터와, 도 5와 유사하지만 차동 증폭기에 대한 칩력을 보존하기 위한 샘플 및 홀드 회로를 이용하는 전류 감지 회로를 포함하는 모터의 권선을 구동하기 위한 위한 H-브리지 회로의 일례이다.
예시적인 실시예가 설명된다. 다른 실시예들이 추가하여 또는 대체하여 사용될 수 있다. 명확하거나 불필요할 수 있는 상세 내용은 공간을 절약하기 위하여 또는 더욱 효율적인 설명을 위하여 생략될 수 있다. 일부 실시예들은 추가 구성요소나 단계를 가지면서 그리고/또는 도시된 구성요소나 단계를 모두 가지지는 않으면서 실시될 수 있다.
도 1은 모터(101)와, PWM(pulse-width-modulated) 구동 신호(103), 게이트 구동 회로(105), H-브리지 스위치(107, 109) 및 전류 감지 회로를 구비할 수 있는 상기 모터(101)의 권선을 구동하기 위한 회로에 대한 예이다. 전류 감지 회로는 모터(101)로의 전류를 정밀하게 측정하고, 션트 저항(111), 차동 증폭기(113, 115) 및 스위칭 시스템을 포함할 수 있고, 스위칭 시스템은 임계 바이어스 회로(117), 비교기(119), 스위치 타이밍/널링(nulling) 회로(121) 및 전자 스위치(123, 125, 127, 129, 131, 133)를 포함한다.
모터(101)는 임의의 종류의 모터일 수 있다. 예를 들어, 모터는 토크가 입력 전류에 비례하는 DC 모터일 수 있다. 모터(101)는 여러 권선(winding)을 가질 수 있다. 각 권선은 도 1에 도시된 회로의 추가적인 예에 의해 구동될 수 있다.
H-브리지 스위치(107, 109)는 스위칭 주파수로 구동될 수 있는 MOSFET과 같은 전자 스위치일 수 있다. 게이트 구동 회로(105)는, 모터(101)의 권선이 PWM 구동 신호(103)의 상태 변화에 동기하여 양의 공급 전압 +V 및 접지와 같은 높은 전압 및 낮은 전압에 교대로 연결되게 H-브리지 스위치(107, 109)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 구동 회로(105)는 모터(101)의 권선이 PWM 구동 신호(103)가 하이(high)일 때 +V에 연결되게 하고 PWM 구동 신호(103)가 로우(low)일 때 접지에 연결되게 하도록 구성될 수 있다.
PWM 구동 신호(103)는 PWM 구동 신호(103)가, 모터(103)가 특정 위치, 속도 및/또는 가속도와 같은 특정의 원하는 방식으로 동작하게 하는 주파수 및/또는 듀티 사이클을 가지게 하는 구동 회로(미도시)에 의해 생성될 수 있다. 이를 용이하게 하기 위하여, 모터(101)를 통해 이동하고 있는 전류에 관한 정보가 PWM 구동 신호(103)를 생성하는 구동 회로에 의해 요구될 수 있다. 이 전류 정보는 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정함으로써 획득될 수 있다. 션트 저항(111)은 단일 저항, 저항 세트 및/또는 저항값을 갖는 하나 이상의 다른 종류의 부품일 수 있다. 저항값은 큰 전압 강하 및 이에 따른 에너지 손실을 발생시키지 않도록 낮을 수 있다.
션트 저항(111)의 입력에서의 전압과 션트 저항(111)의 출력에서의 전압의 평균은 공통 모드 전압(common mode voltage)으로서 알려져 있다. 이 공통 모드 전압은 모터 권선이 H-브리지 스위치(109)를 통해 접지에 연결될 때 매우 낮을 수 있고, 모터 권선이 H-브리지 스위치(107)를 통해 +V에 연결될 때 매우 높을 수 있다.
차동 증폭기(113, 115) 모두는 션트 저항(111)에 걸쳐 연결될 때 션트 저항(111)에 걸린 전압의 증폭된 출력을 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나, 차동 증폭기(113)는 공통 모드 전압이 낮을 때(예를 들어, 접지) 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공하도록 최적화될 수 있다. 반대로, 차동 증폭기(115)는 공통 모드 전압이 높을 때(예를 들어, +V) 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공하도록 최적화될 수 있다. 이 구성에서, 양 차동 증폭기(113, 115)는 스위칭 주파수에서 40dB 미만인 비와 같은 낮은 공통 모드 제거비(common mode rejection ratio)를 가질 수 있다.
스위칭 시스템은, 션트 저항(111)에 걸린 공통 모드 전압이 낮을 때(예를 들어, 접지) 전류 감지 신호 출력(135)이 제2 차동 증폭기(115)의 증폭된 출력이 아닌 제1 차동 증폭기(113)의 증폭된 출력에 기초하게 하도록 구성될 수 있다. 반대로, 스위칭 시스템은, 션트 저항(111)에 걸린 공통 모드 전압이 높을 때(예를 들어, +V) 전류 감지 신호 출력(135)이 제1 차동 증폭기(113)의 증폭된 출력이 아닌 제2 차동 증폭기(115)의 증폭된 출력에 기초하게 하도록 구성될 수 있다.
증폭기(113, 115)는 각각, 도 1에 도시된 것과는 다르게, +V 및 GND에 대한 연결을 가질 수 있다. 그 경우에, 어떠한 것도 높은 공통 모드 증폭기 또는 낮은 공통 모드 증폭기로 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다. 대신에, 한 증폭기는 5V 및 접지와 같은 낮은 전압에 연결될 수 있고, 다른 증폭기는 +V 및 (+V-5V)와 같은 +V에 가까운 전압에 연결될 수 있다. 이 경우에, +V에 관련된 증폭기는 높은 공통 모드 전압 증폭기 역할을 할 수 있으며, 접지에 관련된 증폭기는 낮은 공통 모드 전압 증폭기 역할을 할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 연결될 때, 증폭기(113)는 공통 모드 전압이 높을 때 능동적일 수 있고, 증폭기(115)는 공통 모드 전압이 낮을 때 능동적일 수 있다.
스위칭 시스템은 이 기능을 용이하게 하기 위한 임의의 수단을 채용할 수 있다. 예를 들어, 임계 바이어스 회로(117)는 기준 전압을 생성할 수 있고, 비교기(119)는 그 기준 전압을 션트 저항(111)으로의 입력에서의 전압과 같은 션트 저항(111)에서의 전압과 비교할 수 있다. 기준 전압보다 낮을 때, 비교기(119)의 출력은 스위치 타이밍/널링 회로(121)가 스위치(123, 125, 131)가 단락되게 함으로써 션트 저항(111)에 걸린 전압이 차동 증폭기(113)만으로 증폭되게 할 수 있다. 반대로, 기준 전압보다 높을 때, 비교기(119)의 출력은 스위치 타이밍/널링 회로(121)가 스위치(127, 129, 133)가 단락되게 하는 동안 스위치(123, 125, 131)가 개방되게 함으로써 차동 증폭기(115)만으로 증폭되게 할 수 있다. 스위치(123, 125, 127, 129, 131, 133)는 MOSFET과 같은 임의의 종류의 전자 스위치일 수 있다.
다른 구성에서, 스위치(123, 125, 127 또는 129)가 없을 수 있다. 대신에, 차동 증폭기(113, 115)에 대한 입력은 모두 항상 션트 저항(111)에 걸쳐 연결될 수 있다. 스위칭은 대신에 양 증폭기를 포함하는 단일 칩에 내장될 수 있다.
차동 증폭기(113, 115)를 앞뒤로 이동시킴으로써, 각각은 차동 증폭기가 션트 저항(111)의 공통 모드 전압에 최상으로 매칭될 때에만, 즉 공통 모드 전압이 낮은 공통 모드 전압에 최적화된 차동 증폭기(113)에 대하여 낮을 때(예를 들어, 접지) 및 공통 모드 전압이 높은 공통 모드 전압에 최적화된 차동 증폭기(115)에 대하여 높을 때(예를 들어, +V), 션트 저항(111)에 걸린 차동 전압을 증폭할 수 있다.
스위치 타이밍/널링 회로(121)는, 입력에서 차동 전압이 없을 때 출력이 0이 되게 하도록, 차동 증폭기(113, 115)를 자동으로 조정할 수 있다. 스위치 타이밍/널링 회로(121)는 전류 감지 회로의 동작 과정 동안 이 기능을 반복하여 수행하도록 구성될 수 있어, 온도 변화, 부품 노화 및/또는 다른 원인에 의해 발생되는 이러한 0 출력에서의 드리프트를 보상할 수 있다.
스위치 타이밍/널링 회로(121)는 이러한 자동 영점 조정 기능을 유효하게 하는 임의의 접근 방법을 구현할 수 있다. 예를 들어, 스위치 타이밍/널링 회로(121)는 차동 증폭기(113, 115)가 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하는데 사용되지 않을 때, 예를 들어 널링되는 차동 증폭기에 대한 입력이 차동 증폭기를 션트 저항(111)에 연결하는 스위치를 개방함으로써 션트 저항(111)으로부터 차단될 때, 차동 증폭기(113, 115)의 각각을 0으로 맞추어지도록 구성될 수 있어, 이에 의해 차동 증폭기의 입력에서의 전압이 0이 되게 한다. 그 다음, 스위치 타이밍/널링 회로(121)는 차단된 차동 증폭기의 출력을 검사하여 출력이 역시 0이 되게 하는 차동 증폭기로의 보상 입력을 제공한다. 이러한 널링 접근 방식의 예는 미국 등록 특허 제4,633,642호 및 유럽 등록 특허 제1,428,314호에서 찾아볼 수 있다. 스위치 타이밍/널링 회로(121)의 전부 또는 일부는 증폭기(113 및/또는 115)의 일부일 수 있다.
차동 증폭기의 널링을 동기화하기 위하여, 여러 주파수의 PWM 구동 신호(103)로 동작하는 클록이 중첩하지 않는 클록을 제공하는데 사용될 수 있다. PLL/주파수 합성기 또는 이러한 여러 주파수를 PWM 구동 신호(103) 또는 다른 신호로부터 생성할 수 있는 다른 종류의 회로가 사용될 수 있다.
대신에, 스위치 타이밍/널링 회로(121)가, 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하고 있는 동안 각각의 차동 증폭기(113, 115)를 널링하도록 구성될 수 있다. 사용될 수 있는 널링 접근 방식의 예는, 미국 등록 특허 제7,292,095호; 2009 IEEE 국제 고체 상태 회로 컨퍼런스에 제공된 논문인 "140dB-CMMR Current-Feedback Instrumentation Amplifier Employing Ping-Pong Auto-Zeroing and Chopping"; 및 2006년 6월 고체 상태 회로의 IEEE 저널, Vol. 41, No. 12의 "A Micro Power Chopper-Stabilized Operational Amplifier Using A SC Notch Filter With Synchronous Integration Inside The Continuous-Time Signal Path"에서 찾아볼 수 있다.
도 2는 모터(101)와, 도 1과 유사하지만 공통 모드 전압을, 직접적인 것에 비하여, 간접적으로 감지하는 전류 감지 회로를 포함하는 상기 모터의 권선을 구동하는 회로의 예이다. 이제 설명되는 바를 제외하고는, 도 2에 도시된 회로 내의 구성요소는, 전술한 바와 같은, 도 1의 구성요소와 동일할 수 있다.
도 1과 다르게, 도 2에서의 회로는 공통 모드 전압을 직접적인 것에 비하여 간접적으로 감지하는 스위치 타이밍/널링 회로(201)를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로는, 스위치 타이밍/널링 회로(201)는 션트 저항(111)에 걸린 공통 모드 전압이 하이(예를 들어, +V)인지 또는 로우(예를 들어, 접지)인지 판단하기 위하여 PWM 구동 신호(103)를 사용할 수 있다. 예를 들어, PWM 구동 신호(103)에서 각각의 상승 에지는 높은 공통 모드 전압(예를 들어, +V)에 대한 변동을 나타내는 것으로 생각될 수 있으며, PWM 구동 신호(103)에서 각각의 하강 에지는 낮은 공통 모드 전압(예를 들어, 접지)에 대한 변동을 나타내는 것으로 생각될 수 있다. 이 차이 외에는, 스위치 타이밍/널링 회로(201)는 도 1에 예시되고 전술된 스위치 타이밍/널링 회로(121)와 동일할 수 있다.
도 3은 모터(101)와, 도 1에서와 같이 직접적으로도 그리고 도 2에서와 같이 직접적으로도 공통 모드 전압을 감지하는 전류 감지 회로를 포함하는 상기 모터의 권선을 구동하는 회로의 예이다. 이제 설명되는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 회로 내의 구성요소는 전술한 바와 같은, 도 1의 구성요소와 동일할 수 있다.
도 1과 다르게, 도 3에서의 회로는 비교기(119)의 출력(직접적인 측정)과 PWM 구동 신호(103)(간접적 측정) 모두에 기초하여 공통 모드 전압이 하이(예를 들어, +V)인지 또는 로우(예를 들어, 접지)인지 감지하는 스위치 타이밍/널링 회로(301)를 가질 수 있다. 더욱 구체적으로는, 스위치 타이밍/널링 회로(301)는, 션트 저항(111)에서의 전압이 임계 바이어스 회로(117)에 의해 생성된 전압 아래로 강하할 때 션트 저항(111)에 걸린 전압(111)을 측정하기 시작하도록 차동 증폭기(113)를 스위칭 인(in)할 수 있고; PWM 구동 신호(103)에서 상향(upward) 전이가 있을 때 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하는 것을 정지하도록 차동 증폭기(113)를 스위칭 아웃(out)할 수 있고; 션트 저항(111)에서의 전압이 임계 바이어스 회로(117)에 의해 생성된 전압 위로 상승하할 때 션트 저항(111)에 걸린 전압(111)을 측정하기 시작하도록 차동 증폭기(115)를 스위칭 인할 수 있고; 그리고, PWM 구동 신호(103)에서 하향(downward) 전이가 있을 때 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하는 것을 정지하도록 차동 증폭기(115)를 스위칭 아웃할 수 있다. 이 차이 외에는, 스위치 타이밍/널링 회로(301)는 도 1에 예시되고 전술된 스위치 타이밍/널링 회로(121)와 동일할 수 있다.
도 4는 모터(101)와, 도 1에서와 유사하지만, 단일 비교기에 비하여, 공통 모드 전압이 하이인지 또는 로우인지 감지하기 위하여 2개의 비교기를 사용하는 전류 감지 회로를 포함하는 상기 모터(101)의 권선을 구동하는 회로의 예이다. 이제 설명되는 것을 제외하고는, 도 4에 도시된 회로 내의 구성요소는 전술한 바와 같은, 도 1의 구성요소와 동일할 수 있다.
도 1과 다르게, 임계 바이어스 회로(403)는 하이 기준 전압(405)과 로우 기준 전압(407)을 생성할 수 있다. 하이 기준 전압(405)은 비교기(409)에 의해 션트 저항(111)에서의 전압과 비교될 수 있다. 유사하게, 로우 기준 전압(407)은 비교기(411)에 의해 션트 저항(111)에서의 전압과 비교될 수 있다. 스위치 타이밍/널링 회로(401)는 스위치 타이밍/널링 회로(121)와 유사한 방식으로 스위치(123, 125, 127, 129, 131, 133)를 제어하도록 구성될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 스위치 타이밍/널링 회로(401)는, 비교기(411)에 의해 신호가 보내지는 바와 같이, 션트 저항(111)에서의 전압이 로우 기준 전압(407) 아래로 강하할 때까지 차동 증폭기(113)를 스위치 인하지 않도록 구성될 수 있다. 유사하게, 스위치 타이밍/널링 회로(401)는, 비교기(409)에 의해 신호가 보내지는 바와 같이, 션트 저항(111)에서의 전압이 하이 기준 전압(405) 위로 상승할 때까지 차동 증폭기(115)를 스위치 인하지 않도록 구성될 수 있다. 스위치 타이밍/널링 회로(401)는, 비교기(409, 411)에 의해 신호가 보내지는 바와 같이, 션트 저항(111)에서의 전압이 로우 기준 전압(407)과 하이 기준 전압(405) 사이에서 전이하는 짧은 기간 동안 양 차동 증폭기(113, 115)를 차단하도록 구성될 수 있다. 이 차이 외에는, 스위치 타이밍/널링 회로(401)는 도 1에 예시되고 전술된 스위치 타이밍/널링 회로(121)와 동일할 수 있다.
도 5는 모터(101)와, 도 4에 도시된 회로의 듀얼 비교기 특징을 도 3의 듀얼 입력 신호와 결합하는 전류 감지 회로를 포함하는 상기 모터(101)의 권선을 구동하는 회로의 예이다. 이제 설명되는 것을 제외하고는, 도 5 도시된 회로 내의 구성요소는 전술한 바와 같은, 도 3 및 4의 구성요소와 동일할 수 있다.
더욱 구체적으로는, 스위치 타이밍/널링 회로(501)는, 션트 저항(111)에 걸린 전압이, 비교기(411)에 의해 검출된 바와 같이, 로우 기준 전압(407) 아래로 강하할 때 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하기 시작하도록 차동 증폭기(113)를 스위칭 인하도록 구성될 수 있고; PWM 구동 신호(103)에서 상향 전이가 있을 때 션트 저항(111)에 걸린 전압 측정하는 것을 정지하도록 차동 증폭기(113)를 스위칭 아웃하도록 구성될 수 있고; 션트 저항(111)에 걸린 전압이, 비교기(409)에 의해 검출된 바와 같이, 하이 기준 전압(405) 위로 상승할 때 션트 저항(111)에 걸린 전압을 측정하기 시작하도록 차동 증폭기(115)를 스위칭 인하도록 구성될 수 있고; PWM 구동 신호(103)에서 하향 전이가 있을 때 션트 저항(111)에 걸린 전압 측정하는 것을 정지하도록 차동 증폭기(115)를 스위칭 아웃하도록 구성될 수 있다. 이 차이 외에는, 스위치 타이밍/널링 회로(501)는 도 1에 예시되고 전술된 스위치 타이밍/널링 회로(121)와 동일할 수 있다.
도 6은 모터(101)와, 도 5에 도시된 것과 유사하지만, 차동 증폭기(113, 115)에 대한 입력을 보존하기 위한 샘플 및 홀드 회로(603, 605)를 이용하는 전류 감지 회로를 포함하는, 상기 모터(101)의 권선을 구동하는 회로의 예이다. 이제 설명되는 것을 제외하고는, 도 6 도시된 회로 내의 구성요소는 전술한 바와 같은, 도 5의 구성요소와 동일할 수 있다.
스위치 타이밍/널링 회로(601)는, 샘플 및 홀드 회로가 연결된 차동 증폭기가 션트 저항(111)에 걸린 전압을 증폭하는 기간의 종료에서 션트 저항(111)에 걸린 전압을 각각 샘플링하게 하도록 샘플 및 홀드 회로(603, 605)를 제어하게 구성될 수 있다. 차동 증폭기가 션트 저항(111)에 걸린 전압을 증폭하고 있지 않은 동안 차동 증폭기로의 입력에서 샘플링된 전압을 각각 유지하게 하도록 샘플 및 홀드 회로(603, 605)를 제어하게 구성될 수 있다. 이러한 추가 기능을 제외하고는, 스위치 타이밍/널링 회로(601)는 타이밍/널링 회로(501)와 동일할 수 있다. 트랙 및 홀드 회로가 샘플 및 홀드 회로(603, 605) 중 어느 하나 또는 양자 대신에 사용될 수 있다.
논의된 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점은 단지 예시적인 것이다. 이들 및 이들과 관련된 논의는 어떠한 방식으로도 보호 범위를 제한하려고 의도되지 않는다. 많은 다른 실시예들도 생각될 수 있다. 이들은 더 적고, 추가적이고, 그리고/또는 상이한 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익 및 이점을 가지는 실시예들을 포함한다. 이들도 구성요소 및/또는 단계가 상이하게 배열되고 그리고/또는 상이한 순서를 가지는 실시예를 포함한다.
예를 들어, 비교기 입력을 션트 저항(111)에 직접 연결하는 대신에, 션트 저항(111)에서의 전압이, 예를 들어, 저항 분배기를 이용하여 감쇄되어, 더 낮은 임계 전압이 비교기 기준 입력에 인가될 수 있다. 차동 증폭기의 출력에서 스위치(131, 133)를 이용하는 대신에, 스위치 타이밍/널링 회로가 높은 임피던스 상태로 차동 증폭기의 출력을 설정할 수 있도록 차동 증폭기가 구성될 수 있어, 2개의 출력의 "와이어드 or(wired-or)" 연결로 일반적으로 지칭되는 기술을 이용하여, 회로의 출력(135)이 높은 임피던스 상태로 설정되지 않은 차동 증폭기로부터 얻어질 수 있다. 또한, 비교기는 차단된 감지 저항 또는 단락된 권선과 같은 폴트 상태를 검출하는데 사용될 수 있다. 증폭기는 입력이 반드시 공급 내에 머무르도록, 또는 입력이 공급 밖에서 동작할 수 있도록 설계될 수 있어, 모터 권선 전압보다 실질적으로 더 낮은 공급 전압을 허용한다. 증폭기들은 동일한 세트의 전원 또는 각 증폭기의 동작의 활성 기간에 대응하는 공통 모드 전압에 맞추어진 전원으로부터 동작될 수 있다. 증폭기는 공통 모드 스위치 주파수보다 더 높거나, 더 낮거나 또는 이에 동기화된 주파수에서 널링할 수 있다. 널링은 확산 스펙트럼 또는 감소(reduction) 기술을 통한 다른 클록 피드를 포함할 수 있다.
달리 언급되지 않는다면, 모든 측정, 값, 등급(rating), 위치, 크기, 사이즈 및 이어지는 특허청구범위를 포함하는 본 명세서에서 설명된 다른 사양은 대략적인 것으로 정확한 것은 아니다. 이들은 관련된 기능 및 속하는 기술분야에서 관례적인 기능과 일관성 있는 타당한 범위를 가지도록 의도된다.
모든 본 개시 내용에 인용된 논문, 특허, 특허 출원 및 다른 간행물은 참조로서 본 명세서에 편입된다.
"~하는 수단"이라는 어구는 특허청구범위에 사용될 때 설명된 대응하는 구조 및 재료와 그 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 이해되어야만 한다. 유사하게, "~하는 단계"라는 어구는 특허청구범위에 사용될 때 설명된 대응하는 작용과 그 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 이해되어야만 한다. 특허청구범위에서 이러한 어구들이 없는 것은 이들의 대응하는 구조, 재료 또는 작용이나 그 균등물로 제한되려고 의도되지 않으며, 그에 제한되는 것으로 이해되지 않아야한다.
보호 범위는 이어지는 특허청구범위에 의해서만 제한된다. 그 범위는, 특정 의미가 설명된 것을 제외하고는, 본 명세서와 후속 출원 경과에 비추어 이해될 때 특허청구범위에 사용되는 문언의 통상적 의미와 일치하는 만큼 넓게 그리고 모든 구조적 기능적 균등물을 포함하도록 의도되며 그와 같이 이해되어야 한다.
"제1 및 "제2" 등과 같은 관계형 용어는 하나의 엔티티 또는 동작을 다른 것으로부터, 그 사이의 임의의 실제적인 관계 또는 순서를 반드시 필요로 하거나 암시하지 않으면서, 구별하기 위하여만 사용된다. "포함한다", "포함하는"이라는 용어 및 이에 대한 임의의 다른 파생어는 본 명세서 또는 특허청구범위에서의 요소 리스트와 관련되어 사용될 때 그 리스트가 배타적이지 않으며 다른 요소가 포함될 수 있다는 것을 나타내도록 의도된다. 유사하게, 단수로 표시된 요소는, 추가적인 제한 사항 없이, 동일한 종류의 추가 요소의 존재를 불가능하게 하지 않는다.
어떠한 청구항도 미국 특허법 101, 102 또는 103조의 요건을 충족하지 않은 내용을 포함하려고 의도되지 않으며, 이러한 방식으로 해석되지 않아야 한다. 이러한 내용의 의도되지 않은 임의의 커버리지는 이에 의해 권리가 불요구된다. 본 문단에서 언급된 것을 제외하고는, 설명되거나 예시된 어떠한 것도, 특허청구범위에 인용되었는지 여부에 관계없이, 공중에 대한 임의의 구성요소, 단계, 특징, 목적, 이익, 이점 또는 균등물의 헌납을 발생시키도록 의도되거나 이해되어서는 안 된다.
요약서는 독자가 기술적 개시 내용의 본질을 신속하게 확인하는 것을 돕기 위하여 제공된다. 이는, 이것이 특허청구범위의 범위 및 의미를 이해하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라고 이해하면서 제출된다. 또한, 전술한 발명의 상세한 설명에서의 다양한 특징은 본 개시 내용을 간소화하기 위하여 다양한 실시예에서 함께 그루핑된다. 이러한 개시 방법은 각 청구항에서 명시적으로 인용된 더 많은 특징을 필요로 하기 위한 청구된 실시예를 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 오히려, 이어지는 특허청구범위가 반영하는 바와 같이, 본 발명의 내용은 단일의 개시된 실시예의 모든 특징보다 적게 있다. 따라서, 이어지는 특허청구범위는 발명의 상세한 설명에 편입되며, 각각의 청구항은 개별적으로 청구된 내용으로서 자신을 대표한다.

Claims (20)

  1. 감지될 전류가 통과하여 이동하는 션트 저항;
    상기 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 제공하는 제1 차동 증폭기;
    상기 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 제공하고, 상기 제1 차동 증폭기가 아닌 제2 차동 증폭기; 및
    전류 감지 신호 출력을,
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 로우(low)일 때 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력; 및
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 하이(high)일 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력
    에 기초하여 전달하는 스위칭 시스템
    을 포함하는,
    전류 감지 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류 감지 회로는, 스위칭 주파수로 스위칭하는 하나 이상의 스위치에 의해 제어되는 전류를 감지하는데 사용되고, 상기 제1 및 제2 차동 증폭기는 모두 상기 스위칭 주파수에서 40 db 미만의 공통 모드 전압 제거비를 갖는,
    전류 감지 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 로우이고 하이가 아닐 때, 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공하고; 그리고,
    상기 제2 차동 증폭기는 공통 모드 전압이 하이이고 로우가 아닐 때, 가장 낮은 출력 DC 오프셋 전압을 제공하는,
    전류 감지 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은
    상기 션트 저항에서의 전압을 기준 전압과 비교한 것에 기초하여 상기 전류 감지 신호 출력이 기초하는 차동 증폭기를 변경하는,
    전류 감지 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은,
    상기 션트 저항에 걸린 전압이 로우 기준 전압보다 작을 때 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력; 및
    상기 션트 저항에 걸린 전압이 상기 로우 기준 전압보다 높은 하이 기준 전압보다 클 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력
    을 상기 전류 감지 신호 출력의 기초로 하는,
    전류 감지 회로.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 하이인 동안, 상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 로우일 때 상기 션트 저항에서의 전압의 값을 유지하는 제1 홀드 회로; 및
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 로우인 동안, 상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 하이일 때 상기 션트 저항에서의 전압의 값을 유지하는 제2 홀드 회로
    를 더 포함하는,
    전류 감지 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전류 감지 회로는 스위칭 신호에 의해 구동되는 H-브리지 스위치에 의해 전달되는 전류를 감지하는데 사용되고, 상기 스위칭 시스템은 상기 스위칭 신호에 기초하여 전류 감지 신호 출력이 기초하는 차동 증폭기를 변경하는,
    전류 감지 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은, 상기 션트 저항의 단자에서의 전압을 기준 전압과 비교한 것에 기초하여 상기 전류 감지 신호 출력이 기초하는 차동 증폭기를 변경하는,
    전류 감지 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은,
    상기 션트 저항의 단자에서의 전압이 로우 기준 전압보다 작을 때 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력; 및
    상기 션트 저항의 단자에서의 전압이 상기 로우 기준 전압보다 높은 하이 기준 전압보다 클 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력
    을 상기 전류 감지 신호 출력의 기초로 하는,
    전류 감지 회로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은,
    상기 션트 저항의 단자에서의 전압이 제1 기준 전압보다 작을 때 상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하기 시작하고;
    상기 스위칭 신호에서 전이가 있을 때 상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하는 것을 종료하고;
    상기 션트 저항의 단자에서의 전압이 제2 기준 전압보다 클 때 상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하기 시작하고; 그리고,
    상기 스위칭 신호에서 전이가 있을 때 상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력에 기초하는 것을 종료하는;
    전류 감지 회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 기준 전압은 동일한,
    전류 감지 회로.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 기준 전압은 상기 제2 기준 전압보다 낮은,
    전류 감지 회로.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력과 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력 사이에 상기 전류 감지 신호 출력을 스위칭하는 하나 이상의 전자 스위치를 포함하는,
    전류 감지 회로.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차동 증폭기는 입력을 포함하고;
    상기 제2 차동 증폭기는 입력을 포함하고; 그리고,
    상기 스위칭 시스템은 상기 제1 및 제2 차동 증폭기의 입력들 사이에 상기 션트 저항의 단자에서의 전압을 스위칭하는 하나 이상의 전자 스위치를 포함하는,
    전류 감지 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 차동 증폭기의 입력으로 스위칭된 후에 상기 제1 차동 증폭기의 입력으로 스위칭될 때 상기 제1 차동 증폭기로의 입력에서의 전압의 값을 유지하는 제1 홀드 회로; 및
    상기 제1 차동 증폭기의 입력으로 스위칭된 후에 상기 제2 차동 증폭기의 입력으로 스위칭될 때 상기 제2 차동 증폭기로의 입력에서의 전압의 값을 유지하는 제2 홀드 회로
    를 더 포함하는,
    전류 감지 회로.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 스위칭 시스템은 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력과 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력 사이에 상기 전류 감지 신호 출력을 스위칭하는 하나 이상의 전자 스위치를 포함하는,
    전류 감지 회로.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 션트 저항에 걸린 전압이 0일 때, 각각의 증폭된 출력이 0이 되도록 상기 제1 및 제2 차동 증폭기를 조정하는 널링(nulling) 회로를 더 포함하는,
    전류 감지 회로.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 널링 회로는,
    상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제2 차동 증폭기의 출력에 기초할 때 상기 제1 차동 증폭기를 조정하고; 그리고,
    상기 전류 감지 신호 출력이 상기 제1 차동 증폭기의 출력에 기초할 때 상기 제2 차동 증폭기를 조정하는,
    전류 감지 회로.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 널링 회로는 동시에 상기 제1 및 제2 차동 증폭기를 조정하는,
    전류 감지 회로.
  20. 모터의 권선을 구동하는 회로에 있어서,
    H-브리지 스위치;
    상기 H-브리지 스위치와 상기 모터의 권선 사이의 션트 저항;
    상기 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 제공하는 제1 차동 증폭기;
    상기 션트 저항에 걸린 전압에 대한 증폭된 출력을 제공하고, 상기 제1 차동 증폭기가 아닌 제2 차동 증폭기; 및
    전류 감지 신호 출력을,
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 로우일 때 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력; 및
    상기 션트 저항의 공통 모드 전압이 하이일 때 상기 제1 차동 증폭기의 증폭된 출력이 아닌 상기 제2 차동 증폭기의 증폭된 출력
    에 기초하여 전달하는 스위칭 시스템
    을 포함하는,
    모터의 권선을 구동하는 회로.
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