KR102229302B1 - Apparatus and method for cirrent sensing of dc brushed motor using shunt resistance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치는 펄스 폭 제어신호 입력단과 펄스폭 제어신호의 반전 입력단에 각각 전기적으로 연결되어 펄스 폭 제어신호 및 반전된 펄스 폭 제어신호에 따라 내부 모터 구동 방향과 구동 속도를 조절하여 구동하는 모터 구동회로, 모터 구동회로의 그라운드 출력단에 직렬로 연결된 션트 저항(Shunt Resistance), 및 션트 저항의 양단 전류를 검출하고 모터 구동회로의 피드백 구동 전압과 상기 션트 저항의 전류 검출 값에 따라 내부 모터 구동 방향과 속도를 제어하는 모터 센싱 제어부를 포함한바, 모터 구동회로의 그라운드단 전류 검출을 안정화시키고 모터 전류의 방향 판단에 따른 검출 정확성을 높임으로써, 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 응답성과 정확성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a current of a DC brushed motor using a shunt resistor. The current detection device of a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention is electrically connected to a pulse width control signal input terminal and an inverting input terminal of a pulse width control signal, respectively, to provide a pulse width control signal and an inverted pulse width control signal. The motor driving circuit that controls the driving direction and driving speed of the internal motor according to the driving method, the shunt resistance connected in series to the ground output terminal of the motor driving circuit, and the current at both ends of the shunt resistance are detected, and the feedback of the motor driving circuit is driven. It includes a motor sensing control unit that controls the driving direction and speed of the internal motor according to the voltage and the current detection value of the shunt resistor. By stabilizing the detection of the current at the ground end of the motor driving circuit and increasing the detection accuracy according to the direction determination of the motor current. , It is possible to improve the responsiveness and accuracy of the feedback current detection control method driven by feeding back the motor current.
Description
본 발명은 모터의 구동 전류 검출장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 션트 저항(Shunt Resistance)을 이용하는 모터 구동회로의 그라운드단 전류 검출을 안정화시키고 모터 전류의 방향 판단에 따른 검출 정확성을 높임으로써, 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 응답성과 정확성을 향상시킬 수 있는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a driving current of a motor, and in detail, by stabilizing the detection of a ground terminal current of a motor driving circuit using a shunt resistance and increasing the detection accuracy according to the direction determination of the motor current, The present invention relates to an apparatus and method for detecting a current of a DC brushed motor using a shunt resistor capable of improving the responsiveness and accuracy of a feedback current detection control method driven by feeding back a motor current.
통상적으로, DC 브러시드 모터 등의 전류를 피드백시켜 제어 및 구동하기 위해서는 구동 전류나 피드백 전류를 검출해야 한다. 특히, 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 경우는 더욱 정확하고 안정화된 검출 회로나 장치들이 요구되고 있다. Typically, in order to control and drive by feeding back a current such as a DC brushed motor, it is necessary to detect a driving current or a feedback current. In particular, in the case of a feedback current detection control method in which a motor current is fed back and driven, more accurate and stabilized detection circuits and devices are required.
종래에 모터 전류를 측정하기 위한 전류센서로는 크게 홀(hall)타입 전류센서와 션트저항 타입 전류센서가 공지되어 사용되고 있다. 이중, 홀(hall)타입 전류센서를 이용하는 방법은 전류에 의해 발생한 자기를 센싱하는 방법이기 때문에 외부 자계에 의한 교란을 받을 경우 션트 저항(Shunt Resistance)을 이용하는 방법에 비해 검출 정확성이 떨어져 응답성이 저하되고, 이에 그 구성 원가 또한 높아질 수밖에 없었다. Conventionally, as a current sensor for measuring a motor current, a hall type current sensor and a shunt resistance type current sensor are known and used. Of these, since the method using the Hall type current sensor senses the magnetism generated by the current, the detection accuracy is lower than the method using the shunt resistance when disturbed by an external magnetic field. It was lowered, and the cost of its construction was also inevitably higher.
반면, 션트 저항을 이용하는 방식은 스위칭 주파수가 높아질 경우 스위칭 신호의 링징(Ringing) 현상이 일어나는 등 신호 오류가 있을 수 있기 때문에 안정된 시간을 확보한 후 검출하지 않으면 그 검출 정확도가 떨어지게 된다. On the other hand, in the method of using a shunt resistor, when the switching frequency is increased, there may be a signal error such as a ringing phenomenon of the switching signal. Therefore, if the detection is not performed after a stable time is secured, the detection accuracy is degraded.
구체적으로, 션트 저항 이용 방식으로는 션트 저항의 구성 위치에 따라 모터 신호의 로드 단에 션트 저항을 위치시키는 방법과 모터 구동회로의 그라운드 단에 션트 저항을 위치시켜 검출하는 방법이 있는데, 로드 단에 위치시키는 방법은 실제 모터 전류를 직접 측정하는 방법이기 때문에 그라운드 단에 위치시켜 검출하는 방식에 비해 검출 정확도가 떨어지기도 하며, 그 구성 단가가 증가되는 문제점이 있었다. 반면, 그라운드 단에 위치시켜 검출하는 방식은 실제 모터의 전류 값이 아닌 DC 링크 단을 측정하여 모터 전류의 절대값을 검출하기 때문에 스위칭 신호가 안정화될 때까지 충분한 시간을 갖춰야만 그 정확도를 다소 높일 수 있는 문제가 있었다.Specifically, as a method of using the shunt resistor, there are a method of positioning a shunt resistor at the load end of the motor signal according to the configuration position of the shunt resistor, and a method of detecting by placing a shunt resistor at the ground end of the motor drive circuit. Since the positioning method is a method of directly measuring the actual motor current, the detection accuracy may be lower than the method of detecting by placing it at the ground end, and there is a problem in that the cost of construction is increased. On the other hand, the method of detecting by placing it at the ground end measures the absolute value of the motor current by measuring the DC link end, not the actual current value of the motor.Therefore, it is necessary to take sufficient time for the switching signal to stabilize to slightly increase its accuracy. There was a problem to be able to.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 션트 저항을 이용하는 DC 브러시드 모터 구동회로의 그라운드단 전류 검출을 안정화시키고 모터 전류의 방향 판단에 따른 검출 정확성을 높임으로써, 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 응답성과 정확성을 향상시킬 수 있는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치 및 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The present invention is to solve the above problems, by stabilizing the detection of the ground end current of a DC brushed motor driving circuit using a shunt resistor and increasing the detection accuracy according to the direction of the motor current, thereby feeding back the motor current to drive. An object of the present invention is to provide an apparatus and method for detecting a current of a DC brushed motor using a shunt resistor capable of improving the responsiveness and accuracy of the feedback current detection control method.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition to the technical problems of the present invention mentioned above, other features and advantages of the present invention will be described below or will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from such technology and description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치는 펄스 폭 제어신호 입력단과 펄스폭 제어신호의 반전 입력단에 각각 전기적으로 연결되어 펄스 폭 제어신호 및 반전된 펄스 폭 제어신호에 따라 내부 모터 구동 방향과 구동 속도를 조절하여 구동하는 모터 구동회로, 모터 구동회로의 그라운드 출력단에 직렬로 연결된 션트 저항(Shunt Resistance), 및 션트 저항의 양단 전류를 검출하고 모터 구동회로의 피드백 구동 전압과 상기 션트 저항의 전류 검출 값에 따라 내부 모터 구동 방향과 속도를 제어하는 모터 센싱 제어부를 포함하여 구성된다. A current detection device for a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is electrically connected to a pulse width control signal input terminal and an inverting input terminal of a pulse width control signal to control the pulse width. Depending on the signal and the inverted pulse width control signal, the motor driving circuit that controls the driving direction and driving speed of the internal motor, the shunt resistance connected in series to the ground output terminal of the motor driving circuit, and the current at both ends of the shunt resistance are measured. And a motor sensing controller configured to detect and control an internal motor driving direction and speed according to a feedback driving voltage of the motor driving circuit and a current detection value of the shunt resistor.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출방법은 펄스 폭 제어신호 입력단과 펄스폭 제어신호의 반전 입력단에 각각 전기적으로 연결된 모터 구동회로 구성으로 상기 펄스 폭 제어신호 및 반전된 펄스 폭 제어신호에 따라 내부 모터 구동 방향과 구동 속도를 조절하여 구동하는 단계, 모터 구동회로의 그라운드 출력단에 직렬로 연결된 션트 저항(Shunt Resistance)의 양단 전류를 검출하는 단계, 및 모터 센싱 제어부 구성으로 모터 구동회로에서 출력되는 피드백 구동 전압과 션트 저항의 전류 검출 값에 따라 상기 내부 모터의 구동 방향과 속도를 제어하는 단계를 포함한다.In addition, the current detection method of a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention to achieve the above object is a motor driving circuit electrically connected to the pulse width control signal input terminal and the inverting input terminal of the pulse width control signal, respectively. A step of controlling the driving direction and driving speed of the internal motor according to the pulse width control signal and the inverted pulse width control signal, and driving the current at both ends of the shunt resistance connected in series to the ground output terminal of the motor driving circuit. And controlling the driving direction and speed of the internal motor according to the feedback driving voltage output from the motor driving circuit and the current detection value of the shunt resistance with the configuration of the motor sensing control unit.
상기와 같은 다양한 기술 특징을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치 및 방법으로는 션트 저항을 이용하는 DC 브러시드 모터 구동회로의 그라운드단 전류 검출을 안정화시키고 모터 전류의 방향 판단에 따른 검출 정확성을 높일 수 있다. As a current detection apparatus and method of a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention having various technical characteristics as described above, the detection of the ground terminal current of the DC brushed motor driving circuit using a shunt resistor is stabilized and the motor It is possible to improve the detection accuracy according to the determination of the direction of the current.
특히, DC 브러시드 모터 등의 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 응답성과 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In particular, there is an effect of improving the responsiveness and accuracy of a feedback current detection control method driven by feeding back a motor current such as a DC brushed motor.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.In addition, other features and advantages of the present invention may be newly recognized through embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동회로의 전류 방향 및 모터 회전 방향에 따른 구동 파형을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 전류 검출장치의 검류 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전류 검출장치의 모터 구동을 위한 입출력 파형도이다.
도 5는 도 3의 방향 판단 과정에서 적용되는 모터 모델식을 도시한 도면이다.1 is a circuit diagram specifically showing a current detection device for a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a driving waveform according to a current direction and a motor rotation direction of the motor driving circuit shown in FIG. 1.
3 is a flow chart for explaining a galvannealing detection method of the current detection device shown in FIG. 1.
4 is an input/output waveform diagram for driving a motor of the current detection device shown in FIG.
5 is a diagram illustrating a motor model equation applied in the direction determination process of FIG. 3.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description have been omitted, and the same reference numerals are attached to the same or similar components throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" with another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.When a part is referred to as being "on" another part, it may be directly on top of another part, or other parts may be involved in between. In contrast, when a part is referred to as being "directly above" another part, no other part is involved in between.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second and third are used to describe various parts, components, regions, layers and/or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. Singular forms as used herein also include plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used in the specification specifies a particular characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, and the presence of another characteristic, region, integer, step, action, element and/or component, or It does not exclude additions.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating a relative space such as "below" and "above" may be used to more easily describe the relationship of one part to another part shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use together with their intended meaning in the drawings. For example, if the device in the drawing is turned over, certain parts described as being "below" other parts are described as being "above" other parts. Thus, the exemplary term “down” includes both up and down directions. The device can be rotated by 90 degrees or other angles, and terms that refer to relative space are interpreted accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in a commonly used dictionary are additionally interpreted as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed content, and are not interpreted in an ideal or very formal meaning unless defined.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치를 구체적으로 나타낸 회로도이다. 1 is a circuit diagram specifically showing a current detection device for a DC brushed motor using a shunt resistor according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치는 펄스 폭 제어신호(PWM) 입력단(10), 펄스폭 제어신호의 반전(PWMn) 입력단(20), 펄스 폭 제어신호(PWM) 및 반전된 펄스 폭 제어신호(PWMn)에 따라 내부 모터(M)를 구동하는 모터 구동회로(100), 모터 구동회로(100)의 그라운드 출력단에 직렬 연결된 션트 저항(30, Shunt Resistance, R), 및 션트 저항(30)의 양단 전류를 검출하고 모터 구동회로(100)의 피드백 구동 전압과 션트 저항(R)의 전류 검출 값에 따라 모터 구동 방향과 속도를 제어하는 모터 센싱 제어부(200)를 포함하여 구성된다. The current detection device of the DC brushed motor shown in FIG. 1 includes a pulse width control signal (PWM)
모터 구동회로(100)는 펄스 폭 제어신호(PWM) 입력단(10) 및 펄스폭 제어신호의 반전(PWMn) 입력단(20)에 각각 연결되어 있고, 펄스 폭 제어신호(PWM) 및 반전된 펄스 폭 제어신호(PWMn)를 각각 입력 받는다. 이에, 모터 구동회로(100)는 펄스 폭 제어신호(PWM) 및 반전된 펄스 폭 제어신호(PWMn)에 따라 내부 모터(M)의 구동 방향과 구동 속도를 조절하여 제어하게 된다.The
이를 위해, 모터 구동회로(100)는 복수의 스위칭 소자(AH, BL, BH, AL)의 스위칭 상태를 각각 변화시켜, 펄스 폭 제어신호(PWM) 및 반전된 펄스 폭 제어신호(PWMn) 각각을 교류 신호로 변환하여 부하를 내부 모터(M)로 공급하도록 구성된다. 여기서, 내부 모터(M)는 DC 브러시드 모터가 될 수 있다. To this end, the
본 실시 형태의 모터 구동회로(100)는 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(AH, BH), 및 4개의 환류 다이오드(D1, D2, D3, D4), 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(BL, AL)를 구비하여 구성될 수 있다.The
모터 구동회로(100)는 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(AH, BH)는 정극성 직류 모선과 접속되며, 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(BL, AL)는 그라운드 직류 모선과 접속된다.In the
여기서, 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(AH, BH) 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(BL, AL)는 와이드 밴드 갭 반도체를 이용한 스위칭 소자로서, SiC MOSFET(SiC: Silicon Carbide, 탄화규소), 또는 질화갈륨(GaN), 또는 다이아모드(C)를 주재료로 한 반도체로 형성된 스위칭 소자 등이 될 수 있다.Here, the two switching elements (AH, BH) constituting the upper arm and the two switching elements (BL, AL) constituting the lower arm are switching elements using a wide bandgap semiconductor, and are SiC MOSFETs (SiC: Silicon Carbide, Silicon carbide), or gallium nitride (GaN), or a switching element formed of a semiconductor made of a diamond mode (C) as a main material.
더욱 세부적으로 한정하자면 본 발명에서 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(AH, BH) 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(BL, AL)의 스위칭 방법은 Complementary Bipolar Switching 방식으로 제어 및 구동할 경우로 제안될 수 있다. In more detail, in the present invention, the switching method of the two switching elements (AH, BH) constituting the upper arm and the two switching elements (BL, AL) constituting the lower arm can be controlled and driven by the Complementary Bipolar Switching method. It can be suggested as a case.
션트 저항(30)은 그라운드 직류 모선과 모터(M)로부터의 전류가 유입하는 노드의 사이에 배치되어, 상기 모터(M)로부터의 전류가 흐르면 션트 저항(30) 양단의 전압차가 발생하여 양단의 전압차에 의해 상전류가 발생될 수 있도록 한다. The
모터 센싱 제어부(200)는 션트 저항(30)의 양단 전류를 검출하고, 모터 구동회로(100)의 피드백 구동 전압과 션트 저항(30)의 전류 검출 값에 따라 모터 구동 방향과 속도를 제어하는 모터 센싱 제어부(200)를 포함하여 구성된다. The
구체적으로, 모터 센싱 제어부(200)는 션트 저항(30) 양단의 전류를 검출하고, 양단의 전압차에 따른 상전류를 검출 값을 나타내는 전류 값 신호를 출력하도록 구성된다. 이때의 전류값 신호는 모터 센싱 제어부(200)의 제어나 모터 구동회로(100)를 과전류로부터 보호하기 위함 등의 목적으로 사용할 수 있다.Specifically, the motor
특히, 모터 센싱 제어부(200)는 내부 모터(M)의 구동 방향(모터 전류의 방향)과 함께 구동 속도에 따른 정확한 피드백 구동 전압과 션트 저항(30) 양단의 전압차에 따른 상전류 검출 값을 검출함으로써, 그라운드 단에서의 검출 단점을 보완하여 더욱 정확한 검출 결과를 도출할 수 있다.In particular, the motor
특히, 본 발명에서의 모터 센싱 제어부(200)는 션트 저항(30) 양단의 전압차에 따른 상전류 검출 값을 검출 시, 내부 모터(M) 제어에 따른 최종 출력인 피드백 구동 전압의 듀티 비(Duty Ratio)가 미리 설정된 기준 비율(예를 들어 50%) 이상이면 출력 파형 카운터의 피크(peak) 포인트에서 각각 상전류 값을 검출한다.In particular, when the motor
그리고, 상전류 검출 값을 검출 시, 피드백 구동 전압의 듀티 비(Duty Ratio)가 미리 설정된 기준 비율(예를 들어 50%) 미만이면 출력 파형 카운터의 최소 값인 벨리(Velley) 포인트에서 각각 상전류를 검출한다.And, when detecting the phase current detection value, if the duty ratio of the feedback driving voltage is less than a preset reference ratio (for example, 50%), each phase current is detected at the Valley point, the minimum value of the output waveform counter. .
이에, 본 발명에서의 모터 센싱 제어부(200)는 리닝(Ringing) 현상이 발생하는 기간에 상전류 값을 검출하는 타이밍을 최소화하여 검출된 상전류 검출 값은 모터 전압 방식에 의해 전류 방향을 판단하여 최소 전류값을 산출할 수 있도록 한다. 여기서, 듀티 비(Duty Ratio)는 전류가 흐르지 않은 시간에 대한 전류가 흐른 시간의 비가 될 수 있다.Accordingly, the motor
도 2는 도 1에 도시된 모터 구동회로의 전류 방향 및 모터 회전 방향에 따른 구동 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view showing a driving waveform according to a current direction and a motor rotation direction of the motor driving circuit shown in FIG. 1.
도 2(a)를 참조하면, 모터 구동회로(100)에서는 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(AH, BH) 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자(BL, AL)가 Complementary Bipolar Switching 방식으로 제어 및 구동되는바, 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자(AH)와 하측 암을 구성하는 제 1 하측 스위칭 소자(AL)의 스위칭 구동에 따라 내부 모터(M)가 정방향인 제 1 방향으로 회전 구동될 수 있다. Referring to FIG. 2(a), in the
도 2(b)를 참조하면, 하측 암을 구성하는 제 2 하측 스위칭 소자(AL)와 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자(BH)의 스위칭 구동에 따라 내부 모터(M)가 역방향인 제 2 방향으로 회전 구동될 수 있다. Referring to FIG. 2(b), according to the switching drive of the second lower switching element AL constituting the lower arm and the first upper switching element BH constituting the upper arm, the internal motor M is reversed. It can be driven to rotate in two directions.
이때, 모터 센싱 제어부(200)는 션트 저항(30)의 양단 전류를 검출하고 모터 구동회로(100)의 피드백 구동 전압을 입력받아서 내부 모터(M)의 구동 방향(모터 전류의 방향)과 함께 구동 속도에 따른 정확한 피드백 구동 전압과 션트 저항(30) 양단의 전압차에 따른 상전류 검출 값을 검출함으로써, 그라운드 단에서의 검출 단점을 보완하여 더욱 정확한 검출 결과를 도출할 수 있다. At this time, the motor
도 3은 도 1에 도시된 전류 검출장치의 검류 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 그리고 도 4는 도 1에 도시된 전류 검출장치의 모터 구동을 위한 입출력 파형도이다. FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of detecting a galvanic current of the current detection device shown in FIG. 1. 4 is an input/output waveform diagram for driving a motor of the current detection device shown in FIG. 1.
상술한 바와 같이, 모터 구동회로(100)에서는 제 1 상측 스위칭 소자(AH) 및 제 1 하측 스위칭 소자(AL)의 스위칭 구동에 따라 내부 모터(M)가 정방향으로 회전 구동되고, 제 2 하측 스위칭 소자(AL)와 제 1 상측 스위칭 소자(BH)의 스위칭 구동에 따라 내부 모터(M)가 역방향인 제 2 방향으로 회전 구동되기 때문에, 모터 센싱 제어부(200)를 통해서는 모터 구동회로(100)의 피드백 구동 전압을 입력받아서 피드백 제어를 수행할 수 있다(S10).As described above, in the
이때, 모터 센싱 제어부(200)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부 모터(M) 제어에 따른 최종 출력인 피드백 구동 전압의 듀티 비(Duty Ratio)가 미리 설정된 기준 비율(예를 들어 50%) 이상인지, 그 미만인지 검출 및 판단한다(S20). At this time, as shown in FIGS. 3 and 4, the motor
그리고 피드백 구동 전압의 듀티 비(Duty Ratio)가 미리 설정된 기준 비율(예를 들어 50%) 이상이면, 피크 구간(POS)내 출력 파형 카운터의 피크 포인트(PO)에서 각각 션트 저항(30)의 상전류 값을 검출한다(S30).And if the duty ratio of the feedback driving voltage is more than a preset reference ratio (for example, 50%), the phase current of each
반면, 션트 저항(R)의 상전류 검출 값을 검출시, 피드백 구동 전압의 듀티 비(Duty Ratio)가 미리 설정된 기준 비율(예를 들어 50%) 미만이면, 벨리(Velley) 구간(POS)내 출력 파형 카운터의 최소 값인 벨리 포인트(VO)에서 각각 션트 저항(30)의 상전류를 검출하게 된다(S40).On the other hand, when detecting the phase current detection value of the shunt resistor (R), if the duty ratio of the feedback driving voltage is less than a preset reference ratio (e.g. 50%), the output within the Valley section (POS) The phase current of each
도 5는 도 3의 방향 판단 과정에서 적용되는 모터 모델식을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating a motor model equation applied in the direction determination process of FIG. 3.
도 5를 참조하면, 이어서, S30 또는 S40에서 검출된 상전류 값의 절대값을 추출한다(S50). 예로서, 모터 센싱 제어부(200)는 내부 모터(M) 제어에 따른 최종 출력인 피드백 구동 전압 및 션트 저항(30)의 상전류 검출 값 중 적어도 하나의 값에 대한 절대 값을 추출한다.Referring to FIG. 5, the absolute value of the phase current value detected in S30 or S40 is then extracted (S50). For example, the
이어서, 상전류의 절대값을 모터 모델식에 적용하여 내부 모터(M)의 회전 및 구동 방향을 판단한다(S60).Subsequently, the absolute value of the phase current is applied to the motor model equation to determine the rotation and driving direction of the internal motor M (S60).
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치 및 방법으로는 션트 저항을 이용하는 DC 브러시드 모터 구동회로의 그라운드단 전류 검출을 안정화시키고 모터 전류의 방향 판단에 따른 검출 정확성을 높일 수 있다. As described above, the current detection apparatus and method of a DC brushed motor using a shunt resistor according to the present invention stabilizes the detection of the ground terminal current of a DC brushed motor driving circuit using a shunt resistor and determines the direction of the motor current. It is possible to increase the detection accuracy according to the
특히, DC 브러시드 모터 등의 모터 전류를 피드백시켜 구동하는 피드백 전류 검출 제어방식의 응답성과 정확성을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In particular, an effect of improving the responsiveness and accuracy of a feedback current detection control method that is driven by feeding back a motor current such as a DC brushed motor can be expected.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains, since the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as non-limiting. Only do it. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. .
100: 모터 구동회로 200: 모터 센싱 제어부100: motor driving circuit 200: motor sensing control unit
Claims (10)
상기 모터 구동회로의 그라운드 출력단에 직렬로 연결된 션트 저항(Shunt Resistance); 및
상기 션트 저항의 양단 전류를 검출하고 상기 모터 구동회로의 피드백 구동 전압과 상기 션트 저항의 전류 검출 값에 따라 상기 내부 모터 구동 방향과 속도를 제어하는 모터 센싱 제어부;를 포함하며,
상기 모터 구동회로는,
상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자, 4개의 환류 다이오드, 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자를 구비하여 구성되되,
상기 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 정극성 직류 모선과 접속되며, 상기 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 그라운드 직류 모선과 접속되어, 상기 펄스 폭 제어신호 및 상기 반전된 펄스 폭 제어신호 각각을 교류 신호로 변환하여 상기 내부 모터로 공급하도록 구성된 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치. A motor driving circuit electrically connected to an input terminal of a pulse width control signal and an inverting input terminal of a pulse width control signal, respectively, to control and drive an internal motor driving direction and a driving speed according to the pulse width control signal and the inverted pulse width control signal;
A shunt resistance connected in series to the ground output terminal of the motor driving circuit; And
A motor sensing controller configured to detect currents at both ends of the shunt resistor and control the driving direction and speed of the internal motor according to a feedback driving voltage of the motor driving circuit and a current detection value of the shunt resistor; and
The motor driving circuit,
Consisting of having two switching elements constituting the upper arm, four reflux diodes, and two switching elements constituting the lower arm,
Two switching elements constituting the upper arm are connected to a positive DC bus, and two switching elements constituting the lower arm are connected to a ground DC bus, and the pulse width control signal and the inverted pulse width control signal A current detection device for a DC brushed motor using a shunt resistor configured to convert each into an AC signal and supply it to the internal motor.
Complementary Bipolar Switching 방식으로 스위칭 및 구동될 수 있도록 구성되는바, 밴드 갭 반도체를 이용한 SiC MOSFET(SiC: Silicon Carbide, 탄화규소), 또는 질화갈륨(GaN), 또는 다이아모드(C)를 주재료로 한 반도체로 형성된 스위칭 소자인 것을 특징으로 하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치. The method of claim 1, wherein the two switching elements constituting the upper arm and the two switching elements constituting the lower arm,
It is configured to be switched and driven in a complementary bipolar switching method, and a semiconductor made mainly of SiC MOSFET (SiC: Silicon Carbide), or gallium nitride (GaN), or diamond mode (C) using a bandgap semiconductor. DC brushed motor current detection device using a shunt resistor, characterized in that the switching element formed of.
상기 그라운드 직류 모선과 상기 내부 모터로부터의 전류가 유입하는 노드의 사이에 배치되어, 상기 내부 모터로부터의 전류가 흐르면 양단의 전압차가 발생하여 양단의 전압차에 의해 상전류가 발생될 수 있도록 하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치. The method of claim 1, wherein the shunt resistance is
A shunt resistor that is disposed between the ground DC bus and a node through which current from the internal motor flows, so that when a current from the internal motor flows, a voltage difference occurs at both ends and a phase current can be generated by the voltage difference at both ends. DC brushed motor current detection device using
상기 션트 저항 양단의 전압차에 따른 상전류 검출 값을 검출시, 상기 내부 모터 제어에 따른 최종 출력인 피드백 구동 전압의 듀티 비가 미리 설정된 기준 비율 이상이면 출력 파형 카운터의 피크 포인트에서 각각 상전류 값을 검출하며,
상기 피드백 구동 전압의 듀티 비가 상기 기준 비율 미만이면 출력 파형 카운터의 최소 값인 벨리 포인트에서 각각 상전류를 검출함으로써,
리닝(Ringing) 현상이 발생하는 기간에 상전류 값을 검출하는 타이밍을 최소화하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치. The method of claim 1, wherein the motor sensing control unit,
When detecting the phase current detection value according to the voltage difference across the shunt resistor, if the duty ratio of the feedback driving voltage, which is the final output according to the internal motor control, is more than a preset reference ratio, each phase current value is detected at the peak point of the output waveform counter. ,
When the duty ratio of the feedback driving voltage is less than the reference ratio, each phase current is detected at the belly point, which is the minimum value of the output waveform counter,
A current detection device for a DC brushed motor using a shunt resistor that minimizes the timing of detecting the phase current value during the period when the ringing phenomenon occurs
상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자, 4개의 환류 다이오드, 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자를 구비하여 구성되되, 상기 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 정극성 직류 모선과 접속되며, 상기 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 그라운드 직류 모선과 접속되어,
상기 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자와 하측 암을 구성하는 제 1 하측 스위칭 소자의 스위칭 구동에 따라 상기 내부 모터가 정방향인 제 1 방향으로 회전 구동되도록 하고,
상기 하측 암을 구성하는 제 2 하측 스위칭 소자와 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자의 스위칭 구동에 따라 상기 내부 모터가 역방향인 제 2 방향으로 회전 구동되도록 하며,
상기 모터 센싱 제어부는 상기 모터 구동회로의 피드백 구동 전압을 입력받아서 상기 내부 모터의 구동 방향(모터 전류의 방향)과 함께 구동 속도에 따른 피드백 구동 전압을 검출하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출장치. The method of claim 1, wherein the motor driving circuit,
Consisting of having two switching elements constituting the upper arm, four reflux diodes, and two switching elements constituting the lower arm, the two switching elements constituting the upper arm are connected to the positive DC bus, The two switching elements constituting the lower arm are connected to a ground DC bus,
In accordance with the switching driving of the first upper switching element constituting the upper arm and the first lower switching element constituting the lower arm, the internal motor is driven to rotate in a first direction, which is a positive direction,
The internal motor rotates in a second direction, which is a reverse direction, according to switching driving of the second lower switching element constituting the lower arm and the first upper switching element constituting the upper arm,
The motor sensing control unit receives the feedback driving voltage of the motor driving circuit and detects the feedback driving voltage according to the driving speed along with the driving direction (direction of the motor current) of the internal motor. Detection device.
상기 모터 구동회로의 그라운드 출력단에 직렬로 연결된 션트 저항(Shunt Resistance)의 양단 전류를 검출하는 단계; 및
모터 센싱 제어부 구성으로 상기 모터 구동회로에서 출력되는 피드백 구동 전압과 상기 션트 저항의 전류 검출 값에 따라 상기 내부 모터의 구동 방향과 속도를 제어하는 단계;를 포함하며,
상기 내부 모터 구동 방향과 구동 속도를 조절하여 구동하는 단계에 있어서,
상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자, 4개의 환류 다이오드, 및 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자를 구비하여 구성된 상기 모터 구동회로 구조에서 상기 상측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 정극성 직류 모선과 접속되도록 하고,
상기 하측 암을 구성하는 2개의 스위칭 소자는 그라운드 직류 모선과 접속되도록 하여 상기 펄스 폭 제어신호 및 상기 반전된 펄스 폭 제어신호 각각을 교류 신호로 변환하여 상기 내부 모터로 공급하는 단계를 포함하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출방법. A step of driving by controlling the driving direction and driving speed of the internal motor according to the pulse width control signal and the inverted pulse width control signal with a configuration of a motor driving circuit electrically connected to the pulse width control signal input terminal and the inverting input terminal of the pulse width control signal. ;
Detecting a current at both ends of a shunt resistance connected in series to a ground output terminal of the motor driving circuit; And
Controlling the driving direction and speed of the internal motor according to a feedback driving voltage output from the motor driving circuit and a current detection value of the shunt resistor with a motor sensing control unit configuration; and
In the step of driving by adjusting the driving direction and the driving speed of the internal motor,
In the motor drive circuit structure comprising two switching elements constituting the upper arm, four reflux diodes, and two switching elements constituting the lower arm, the two switching elements constituting the upper arm are positive DC bus To connect with,
The two switching elements constituting the lower arm are connected to a ground DC bus, converting each of the pulse width control signal and the inverted pulse width control signal into an AC signal, and supplying it to the internal motor. DC brushed motor current detection method using
상기 내부 모터의 구동 방향과 속도를 제어하는 단계에 있어서,
상기 션트 저항 양단의 전압차에 따른 상전류 검출 값을 검출시, 상기 내부 모터 제어에 따른 최종 출력인 피드백 구동 전압의 듀티 비가 미리 설정된 기준 비율 이상이면 출력 파형 카운터의 피크 포인트에서 각각 상전류 값을 검출하며,
상기 피드백 구동 전압의 듀티 비가 상기 기준 비율 미만이면 출력 파형 카운터의 최소 값인 벨리 포인트에서 각각 상전류를 검출함으로써,
리닝(Ringing) 현상이 발생하는 기간에 상전류 값을 검출하는 타이밍을 최소화하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출방법. The method of claim 7,
In the step of controlling the driving direction and speed of the internal motor,
When detecting the phase current detection value according to the voltage difference across the shunt resistor, if the duty ratio of the feedback driving voltage, which is the final output according to the internal motor control, is more than a preset reference ratio, each phase current value is detected at the peak point of the output waveform counter. ,
When the duty ratio of the feedback driving voltage is less than the reference ratio, each phase current is detected at the belly point, which is the minimum value of the output waveform counter,
Current detection method of a DC brushed motor using a shunt resistor that minimizes the timing of detecting a phase current value during a period when a ringing phenomenon occurs
상기 내부 모터의 구동 방향과 속도를 제어하는 단계에 있어서,
상기 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자와 하측 암을 구성하는 제 1 하측 스위칭 소자의 스위칭 구동에 따라 상기 내부 모터가 정방향인 제 1 방향으로 회전 구동되도록 하는 단계;
상기 하측 암을 구성하는 제 2 하측 스위칭 소자와 상측 암을 구성하는 제 1 상측 스위칭 소자의 스위칭 구동에 따라 상기 내부 모터가 역방향인 제 2 방향으로 회전 구동되도록 하는 단계; 및
상기 모터 구동회로의 피드백 구동 전압을 입력받아서 상기 내부 모터의 구동 방향(모터 전류의 방향)과 함께 구동 속도에 따른 피드백 구동 전압을 검출하는 단계를 포함하는 션트 저항을 이용한 DC 브러시드 모터의 전류 검출방법.The method of claim 7,
In the step of controlling the driving direction and speed of the internal motor,
Causing the internal motor to rotate in a first direction, which is a positive direction, according to switching driving of a first upper switching element constituting the upper arm and a first lower switching element constituting the lower arm;
Causing the internal motor to rotate in a second direction, which is a reverse direction, according to switching driving of the second lower switching element constituting the lower arm and the first upper switching element constituting the upper arm; And
Current detection of a DC brushed motor using a shunt resistor comprising the step of receiving a feedback driving voltage of the motor driving circuit and detecting a feedback driving voltage according to a driving speed together with a driving direction (direction of motor current) of the internal motor Way.
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