KR102483595B1 - 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치 - Google Patents

능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치 Download PDF

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Abstract

AWD(All-Wheel Drive) 시스템에서 전륜 및 후륜 구동력을 배분하기 위한 전동식 유압 액추에이터의 동작을 제어하는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치는, BLDC 모터를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 신호생성부와, PWM 신호생성부에 연결된 디커플링 캐패시터에 연결되어 저항값이 가변되면서 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시키는 전원 노이즈 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치{Pulse Width Modulated output motor control device applied to actuators}
본 발명은 모터제어장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치에 관한 것이다.
AWD(All-Wheel Drive)란 차량의 전/후 구동축(Front, Rear axle)에 구동력을 배분함으로 4바퀴 굴림을 가능하게 하여 차량의 견인력, 등판 능력 및 주행안정성을 향상시키는 장치로 노면 상태 및 주행 상황에 따라서 실시간으로 엔진 구동 토크를 분배한다.
또한, ATC(Automatic Transfer Case) 장치는 차량으로부터 입력된 신호 및 노면 조건, 주행상황에 따라 전/후 구동력을 능동적으로 배분하여 최적의 주행 성능을 발휘하는 것으로 전동식 유압 액추에이터(능동형 액추에이터)를 이용하여 변속기에서 전달되는 동력을 전륜과 후륜으로 분배한다.
최근 주행환경에 따라 능동적 제어를 통해 전/후륜 구동력을 효율적으로 분배하는 “All-Wheel Drive” 시스템의 정밀한 동력 분배를 구동하기 위한 초소형/저맥동 전자식 유압 액추에이터가 개발되고 있다.
“All-Wheel Drive” 시스템은 능동식 유압 액추에이터 유압 펌프, BLDC 모터 및 제어기 모듈별 설계가 적용되며, AWD(All-Wheel Drive) 제어기에서 필요한 전/후륜 구동력을 계산 후 CAN 신호에 의해 BLDC 모터를 구동하여 액추에이터를 작동하는데, 액추에이터의 구동에 의해 클러치를 체결하여 전/후륜 구동력을 배분하기 위한 전동식 유압 액추에이터(EHA, Electronic Hydraulic Actuator)가 주로 사용된다.
모터제어장치는 BLDC 모터를 제어하기 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 방식으로 신호를 변조하여 BLDC 모터에 전달함으로써 BLDC 모터의 구동력을 제어한다.
PWM 방식으로 변조된 제어신호(이하 PWM 제어신호라 한다.)는 모터제어장치에서 일정한 PWM 주파수로 설정되어 DC모터로 전달되는데, PWM 주파수를 높게 설정하면 PWM 제어신호의 듀티의 펄스 폭이 작아져서 PWM 제어신호의 생성이 정확하지 않은 경우가 발생하며 듀티의 왜곡이 발생할 수 있다.
또한, 모터제어장치는 전원의 노이즈 및 정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분에 의해서 왜곡된 PWM 제어신호를 출력할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 기술이 요구되고 있다.
KR 10-2016-0122443 A
본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 디커플링 캐패시터에 연결되어 저항값이 가변되면서 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시키는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치를 제공한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, AWD(All-Wheel Drive) 시스템에서 전륜 및 후륜 구동력을 배분하기 위한 전동식 유압 액추에이터의 동작을 제어하는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치에 있어서, 상기 전동식 유압 액추에이터를 작동시키는 BLDC 모터를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 신호생성부 및 PWM 신호생성부에 연결된 디커플링 캐패시터에 연결되어 저항값이 가변되면서 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시키는 전원 노이즈 처리부를 포함하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 포함되는 전원 노이즈 처리부는, 전원 전압 및 접지 전압을 공급받는 PWM 신호생성부와, PWM 신호생성부의 상기 전원 전압의 입력부와 일단이 연결되는 디커플링 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 디커플링 캐패시터의 타단과 접지 전압의 입력부 사이에 연결되어, 전원 전압 또는 접지 전원과 PWM 신호생성부로 인입되는 전원 전압 또는 접지 전원 사이의 전압 레벨차가 최소가 되도록, PWM 신호생성부에 공급되는 전원 전압 또는 접지 전압에 대응하여 공진 노이즈를 감소시키는 저항값이 가변되는 가변 저항부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 가변 저항부는, 병렬로 연결된 복수의 저항 소자와, 복수의 저항 소자를 선택하는 스위칭 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 포함되는 복수의 저항 소자는, 드레인단이 디커플링 캐패시터에 연결되고, 소스단이 접지 라인으로 연결되는 복수의 엔모스 트랜지스터와, 드레인단이 디커플링 캐패시터에 연결되고, 소스단이 접지 라인으로 연결되며, 게이트단으로 전원전압이 인가되는 엔모스 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분을 외부로 방출시킴으로써 PWM 신호생성부를 보호하는 내부 보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 펄스폭 변조 출력 모터제어장치는 전원 노이즈 처리부를 이용하여 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시킬 수 있어 동작 안정성이 보장된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 AWD(All-Wheel Drive) 시스템(1)의 구성도
도 2는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)에 포함된 전원 노이즈 처리부(420)의 회로도
도 3은 전원 노이즈 처리부(420)의 감쇄부(421)의 제1 실시예에 따른 도면
도 4는 전원 노이즈 처리부(420)의 감쇄부(421)의 제2 실시예에 따른 도면
도 5는 내부 보호부(410)의 구성도
도 6은 내부회로 보호부(16)의 구성도이고, 도 7은 내부회로 보호부(16)의 회로도
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 AWD(All-Wheel Drive) 시스템(1)의 구성도이다.
본 실시예에 따른 AWD(All-Wheel Drive) 시스템(1)은 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.
도 1을 참조하면, AWD(All-Wheel Drive) 시스템(1)은 펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400), BLDC 모터(200), 액추에이터(300)를 포함하여 구성된다.
펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)는 AWD(All-Wheel Drive) 시스템에서 전륜 및 후륜 구동력을 배분하기 위한 전동식 유압 액추에이터(300)의 동작을 제어한다.
펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)는 AWD(All-Wheel Drive) 시스템(1)에서 필요한 전/후륜 구동력을 계산 후 PWM 제어신호를 생성하고 BLDC 모터(200)를 구동하여 액추에이터(300)를 작동시킨다.
여기에서 펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)는 전동식 유압 액추에이터(300)를 작동시키는 BLDC 모터(200)를 제어하기 위한 PWM 제어신호(PWM_CTRL)를 생성하는 PWM 신호생성부(430)와,
PWM 신호생성부(430)에 연결된 디커플링 캐패시터에 연결되어 저항값이 가변되면서 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시키는 전원 노이즈 처리부(420)와,
정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분을 외부로 방출시킴으로써 PWM 신호생성부(430)를 보호하는 내부 보호부(410)를 포함하여 구성된다.
최근 전자기기 시스템의 고기능, 고속 동작에 대응하기 위해, 시스템이 복잡해지고 또한 회로의 동작 속도도 빨라지고 있다. 시스템을 구성하는 회로가 복잡해짐에 따라 기생 커패시턴스, 기생 인덕턴스, 기생 저항등이 증가하고 있고, 그로 인하여 내부 회로부, 특히 PWM 신호생성부로 안정된 전원전압을 공급하기 위한 전원전압 배선의 노이즈 대책이 중요한 문제로 대두되고 있다.
도 2는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)에 포함된 전원 노이즈 처리부(420)의 회로도이다.
도 2를 참조하면, 전원 노이즈 처리부(420)는 내부 회로(PWM 신호생성부, 430)와 , 전원(VDD) 라인 및 접지(VSS) 라인을 통해 회로부로 전원전압을 공급하기 위해 내부 회로와 전기적으로 접속되는 전원전압 공급 패드(VDD Pad) 및 접지전압 공급 패드(VSS Pad)와, 내부 회로와 병렬 접속되며, 내부 회로(PWM 신호생성부, 430)와 전원전압 공급 패드(VDD Pad)를 연결하는 전원(VDD) 라인에 연결되는 디커플링 캐패시터(Cde-cap) 및 가변 저항부(R)를 포함한다.
참고적으로 내부 회로는 본 실시예에서 전원 노이즈의 영향을 많이 받는 PWM 신호생성부(430)라고 가정하고 설명한다.
내부 회로가 있는 위치에서의 전압의 값은 동일 위치에서의 임피던스 값과 회로가 소모하는 동작 전류의 곱으로 표현할 수 있으므로, 회로가 소모하는 전류가 정해져 있다면 결국 전압의 변동폭은 임피던스 값의 크기에 비례하며, 디커플링 캐패시터(Cde-cap)의 기생 저항(Rde-cap) 값이 커질수록 공진에서의 임피던스 값은 작아진다.
이러한 결과는 기생 저항(Rde-cap) 값이 클수록 공진에서의 손실이 커지기 때문에 나타나는 현상이며, 메탈 저항(Rdie) 값이 큰 경우에도 유사한 결과를 얻을 수 있게 되지만, 메탈 저항(Rdie) 값이 커지면 DC 전류에 의한 전압 강하가 커지게 되므로 바람직하지 않다.
따라서 본 발명에서는 디커플링 캐패시터(Cde-cap)에 직렬 가변 저항부(R)를 연결하여, 디커플링 캐패시터(Cde-cap)의 기생 저항(Rde-cap) 값이 커질 때와 마찬가지로 공진에서의 임피던스 값을 감소시켜, 공진으로 인한 전압 강하를 제한한다.
가변 저항부(R)는 디커플링 캐패시터(Cde-cap)와 접지(VSS)라인을 연결하며, 전원전압 공급 패드(VDD Pad)로 공급되는 전원과 내부 회로부로 인입되는 전원 간 레벨 차이가 최소가 되도록 저항값을 가변시켜 사용할 수 있도록 구성된다.
도 3은 전원 노이즈 처리부(420)의 감쇄부(421)의 제1 실시예이고, 도 4는 전원 노이즈 처리부(420)의 감쇄부(421)의 제2 실시예이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 우선 도 3은 각각 디커플링 캐패시터(Cde-cap)와 연결되며 고정 저항값을 갖는 복수의 저항 소자(R1~R4)로 구현한 것으로, 스위치 온/오프를 통해 가변 저항부(R)의 저항값을 가변시킬 수 있다. 이때, 각 저항 소자(R1 ~ R4)는 서로 다른 저항값을 갖는 것을 사용하여, 전압 강하를 최소화할 수 있는 저항 소자를 선택할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.
다음으로, 도 4는 디커플링 캐패시터(Cde-cap)에 복수의 엔모스 트랜지스터(T1~T4)를 연결하고, 복수의 엔모스 트랜지스터(T1~T3)의 게이트에 외부의 가변 저항 조절 로직(10)으로부터 출력되는 온/오프 제어신호(a1, a2, a3)를 입력하여 온/오프 제어 신호(a1, a2, a3)의 레벨에 따라 각 트랜지스터가 턴온/턴오프 되도록 한 구조이다.
이때, 온/오프 제어 신호(a1, a2, a3)의 레벨이 모두 로우 레벨인 경우 디커플링 캐패시터(Cde-cap)와 접지 라인 간의 연결이 해제되므로, 마지막 엔모스 트랜지스터(T4)의 게이트로는 전원전압이 인가되도록 하였다.
한편, 저항 조절부(10)는 디커플링 캐패시터(Cde-cap)에 연결되어 있는 각 트랜지스터들(T1, T2, T3)을 턴온 또는 턴오프시키기 위한 온/오프 제어 신호(a1, a2, a3)를 출력하는 로직으로서, 트레이닝 과정에서 외부로부터의 커맨드 신호(COMMAND)에 의해 인에이블되어 각 제어 신호(a1, a2, a3)가 가질 수 있는 논리 레벨의 조합을 출력하여 노이즈가 가장 작은 조합을 선택할 수 있도록 하며, 선택된 조합의 제어신호(a1, a2, a3)를 상기 각 트랜지스터들(T1, T2, T3)의 게이트로 입력한다.
따라서 전원 노이즈 처리장치(420)를 통해 메탈 저항 값이 줄어들어 공진으로 인한 문제가 이슈가 되는 경우 공진으로 인한 전원 노이즈를 감쇄시킬 수 있게 되며, 이에 따라 시스템의 구동전원을 안정적으로 처리할 수 있다.
또한, 가변 저항부의 다른 실시예로써, 스위칭 동작과 가변저항소자로의 기능을 가지는 스위칭 가변 저항수단이 사용될 수 있다. 즉, 스위칭 가변 저항수단은 제어신호에 따라 가변진폭 출력펄스를 생성하는 출력펄스 생성부와, 가변진폭 출력펄스를 입력받아 스위칭 동작과 저항값이 변화하는 가변 저항으로 구성될 수 있다.
또한, 가변 저항부의 다른 실시예로써, 가변 저항부의 내부에 복수의 저항 세그멘트들을 포함하고, 가변 저항부가 가질 수 있는 복수의 저항값 후보들을 크기 순으로 정렬하는 경우, 복수의 저항값 후보들이 같은비수열(geometric sequence)을 이루도록 구성될 수 있다. 즉,가변 저항부는 복수 개의 저항 세그먼트들과, 복수 개의 저항 세그먼트들에 연결된 복수의 스위치들로 구성되는데, 복수 개의 스위치들은 N비트 제어 신호의 각 비트 또는 각 비트의 조합에 의하여 복수 개의 저항 세그먼트들의 연결 상태를 제어하고, 가변 저항부의 저항 값은 N 비트 제어 신호에 기반하는 지수 함수에 따라 결정될 수 있다. 따라서 사용자가 제어 코드를 통해 저항값 변화로 인한 결과를 직관적으로 파악하기 용이하다.
또한, 펄스폭 변조 출력 모터제어장치(400)는 내부 보호부(410)를 포함하고 있는데, 내부 보호부(410)를 통해 정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분을 외부로 방출시킴으로써 내부회로(PWM 신호생성부, 430)를 보호할 수 있다
도 5는 내부 보호부(410)의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부 보호부(410)는 고전압 생성부(12), 파워업 신호 조절부(14), 파워다운모드신호 조절부(18) 및 내부 회로 보호부(16)를 포함한다.
고전압 생성부(12)는 외부로부터 인가되는 구동전압(VDD)을 펌핑하여 고전압(HVDD)을 생성하고, 생성된 고전압을 내부회로 보호부(16)로 제공한다. 이때, 고전압 생성부(12)는 내부 회로에서 생성할 수 있는 가장 높은 고전압을 생성함으로써, 내부 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
파워업 신호 조절부(14)는 외부로부터 인가되는 구동전압(VDD)에 응답하여 전원 전압의 전위가 일정 전위 이상이 됨을 감지하여 파워업 신호(Powerup)를 생성한다.
또한, 파워업 신호 조절부(14)는 생성된 파워업 신호(Powerup)의 하이 레벨 구간을 일정 시간 지연시켜 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)를 생성하고, 생성된 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)를 내부 회로 보호부(16)로 제공한다.
파워다운(Deep Power Down: 이하 PWRDN라 칭함) 모드 신호 조절부(18)는 시스템이 동작하지 않는 대기 상태에서 전력 소모를 감소시킬 수 있도록 내부의 불필요한 회로들을 비활성화 시키기 위해 외부로부터 인가되는 CAS(Column Access Strobe), RAS(Row Access Strobe) 등의 명령 신호들의 조합에 의해 생성된 커맨드(command)에 응답하여 딥 파워 다운 신호(PWRDN, 이하 파워다운모드신호라 칭함)를 생성한다.
그리고, 파워다운모드신호 조절부(18)는 생성된 파워다운모드신호(PWRDN)의 하이 레벨 구간을 일정 시간 지연시켜 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 생성한다.
이처럼, 본 발명은 파워업 신호 및 파워다운모드신호(PWRDN)의 하이 레벨 구간을 일정 시간을 지연시킬 수 있다. 이는, 시스템의 초기화 시 외부 구동전압 및 고전압 등이 0 레벨에서 기설정된 레벨로 점차적으로 증진하게 된다. 그러나, 고전압이 기설정된 레벨에 도달하기도 전에 파워업 신호 및 딥 파워 신호가 활성화됨으로써, 트랜지스터들의 누설 전류가 발생하게 되고, 이에 따라 시스템의 오동작이 초래된다. 따라서 본 발명은 각 신호의 활성 시간을 고전압이 기 설정된 레벨에 도달할 때까지 지연(Delay)시켜 트랜지스터들의 누설 전류를 방지할 수 있다.
한편, 내부 회로 보호부(16)는 고전압 생성부(12)로부터 입력된 고전압에 기초하여 파워업 신호 조절부(14)로부터 인가된 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)와, 파워다운모드신호 조절부(18)로부터 인가된 파워다운모드신호(PWRDN) 및 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 인가받아 과전류가 내부 회로로 유입되는 것을 방지한다.
도 6은 내부회로 보호부(16)의 구성도이고, 도 7은 내부회로 보호부(16)의 회로도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 내부 회로 보호부(16)는 레벨 시프팅부(16_2) 및 정전기(Electrostatic discharge) 방지부(16_4)를 포함한다.
레벨 시프팅부(16_2)는 고전압 생성부(12)로부터 인가되는 고전압에 응답하여 파워다운모드신호 조절부(18)로부터 인가되는 파워다운모드신호(PWRDN)의 레벨을 고전압의 레벨로 시프트(Shift)시킨다.
이때, 레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호(PWRDN)의 레벨을 고전압의 레벨로 시프트 시키는 것은, 내부 회로에서 흐를 수 있는 가장 높은 전류를 흘려주어, 정전기 방지부(16_4)의 제1 PMOS 트랜지스터(T5)에서의 누설 전류를 방지할 수 있고, 구동전압(VDD)의 레벨을 낮춤으로써 내부 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
정전기 방지부(16_4)는 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)와 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)의 조합 신호에 응답하여 과전류가 내부 회로로 유입되는 것을 방지한다.
이처럼, 본 발명에 따른, 내부 보호부(410)는 내부에서 생성할 수 있는 가장 높은 전압을 생성하여 파워다운모드신호(PWRDN)의 레벨을 고전압의 레벨로 시프트시키고, 시프트된 고전압 레벨과 전원 전압의 레벨을 비교하여 과전류를 외부로 방출시킴으로써, 내부 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호(PWRDN)의 반전 레벨과, 파워다운모드신호(PWRDN)을 입력으로 하는 제1 및 제2 입력 트랜지스터(T3, T4)와, 고전압을 흘려주는 미러 트랜지스터(T1, T2)를 포함한다.
이때, 레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호(PWRDN)의 레벨을 반전시켜 제1 입력 트랜지스터(T3)로 인가하는 제1 인버터부(IV1)와, 파워다운모드신호(PWRDN)를 제2 입력 트랜지스터(T4)로 인가하는 제2 인버터부(IV2)를 더 포함한다.
정전기 방지부(16_4)는, 내부 회로로 인가되는 전류의 량을 조절하여 내부 회로의 파괴를 방지한다.
이러한, 정전기 방지부(16_4)는, 파워업 지연신호(PWRUP_DLY)와 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 조합하여 조합 신호를 생성하는 조합부(NOR1), 전원 전압단(VDD)과 접지 전압단(VSS) 사이에 연결되며 레벨 시프팅부(16_2)의 출력 신호를 입력으로 하는 제1 PMOS 트랜지스터(T5), 조합부(NOR1)로부터 출력되는 조합 신호의 반전 레벨을 입력으로 하는 제2 PMOS 트랜지스터(T6), 조합 신호를 입력으로 하는 제1 NMOS 트랜지스터(T7)를 포함한다.
이하, 본 실시예에 따른 내부 회로 보호부(16)의 동작을 살펴본다.
먼저, 일 예로 내부 회로 보호부(16)가 초기화 동작을 수행하는 경우를 설명하기로 한다.
레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호 조절부(18)와 고전압 생성부(12) 각각으로부터 파워다운모드신호(PWRDN) 및 고전압(H_VDD)을 인가받는다.
이때, 고전압(H_VDD)과 구동전압(VDD)은 기설정된 레벨까지 도달하지 못한 상태이므로, 과전류가 유입되지 않게 되어 내부 회로 보호부(16)는 동작하지 않는다.
그러므로 레벨 시프팅부(16_2)의 출력 신호는 계속 플로팅(Floating)되고, 정전기 방지부(16_4)의 제2 PMOS 트랜지스터(T6)와 제1 NMOS 트랜지스터(T7)는 동작하지 않는다.
한편, 시스템의 초기화 시 레벨 시프팅부(16_2)로 인가되는 외부 구동전압 및 고전압 등이 0 레벨에서 기설정된 레벨로 점차적으로 증진하게 된다. 종래에는, 고전압이 기설정된 레벨에 도달하기도 전에 파워업 신호 및 딥 파워 신호가 활성화됨으로써, 트랜지스터들의 누설 전류가 발생하게 되고, 이에 따라 시스템의 오동작이 발생하였다. 따라서 발명은 파워업 신호 및 파워다운모드신호(PWRDN)의 활성 시간을 고전압이 기 설정된 레벨에 도달할 때까지 지연(Delay)시켜 정전기 방지부(16_4)에 인가시킴으로써, 트랜지스터들의 누설 전류를 방지할 수 있다.
그 다음, 다른 예로, 내부 회로 보호부(16)가 초기화 동작 후 정상 동작을 수행할 경우를 설명하기로 한다.
레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호 조절부(18)와 고전압 생성부(12) 각각으로부터 파워다운모드신호(PWRDN) 및 고전압(H_VDD)을 인가받는다.
레벨 시프팅부(16_2)는 정상 동작 시, 파워다운모드신호 조절부(18)로부터 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)를 입력받게 되는데, 입력된 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)는 제1 인버터부(IV1)에 의해 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)로 출력되게 된다.
하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)는 제1 노드(N1)를 통해 제1 입력 트랜지스터(T3)로 입력되고, 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)는 제2 인버터부(IV2)를 거쳐 다시 로우 레벨로 반전되어 제2 입력 트랜지스터(T4)로 입력된다.
레벨 시프팅부(16_2)에서는 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)가 제1 입력 트랜지스터(T3)의 문턱 전압 이상으로 증가하게 되면, 제1 입력 트랜지스터(T3)는 턴온된다. 그렇게 되면, 제2 노드(N2)의 레벨이 제2 미러 트랜지스터(T2)의 게이트로 입력되게 되고, 그에 따라 제2 미러 트랜지스터(T2)가 턴온하게 된다.
그러나, 제2 입력 트랜지스터(T4)는 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)가 입력되기 때문에 제4 노드(N4)에는 하이 레벨의 출력 신호가 출력하게 된다.
그러면, 정전기 방지부(16_4)는 레벨 시프팅부(16_2)로부터 제1 PMOS 트랜지스터(T5) 문턱 전압 이상의 파워다운모드신호가 입력되기 때문에, 제1 PMOS 트랜지스터(T5)가 동작하지 않게 된다.
이때, 정전기 방지부(16_4)의 조합부(NOR1)는 노멀 모드 시 로우 레벨을 가지는 파워업 지연신호(PWRUP_DLY) 및 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay)를 조합하여 조합 신호를 출력하게 되는데, 정전기 방지부(16_4)는 조합부(NOR1)로부터 출력된 조합 신호에 의해 제2 PMOS 트랜지스터(T6)와 제1 NMOS 트랜지스터(T7)가 턴온되긴 하지만, 제1 PMOS 트랜지스터(T5)가 동작하지 않기 때문에 전류를 방출시키지 않게 된다.
마지막으로, 또 다른 예로, 시스템의 내부 회로 보호부(16)가 전원 전압의 과도 상승 시 동작을 수행할 경우를 설명하기로 한다.
레벨 시프팅부(16_2)는 파워다운모드신호 조절부(18)와 고전압 생성부(12) 각각으로부터 파워다운모드신호(PWRDN) 및 고전압(H_VDD)을 인가받는다.
이때, 레벨 시프팅부(16_2)는 내부 전압 과도 상승 시, 파워다운모드신호 조절부(18)로부터 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)를 입력 받게 되는데, 입력된 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)는 제1 인버터부(IV1)에 의해 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)로 출력되게 된다.
이렇게 출력된, 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)는 제1 노드(N1)를 통해 제1 입력 트랜지스터(T3)로 입력됨과 동시에, 제2 인버터부(IV2)를 거쳐 다시 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)로 반전되어 제2 입력 트랜지스터(T4)로 입력된다.
레벨 시프팅부(16_2)는 로우 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)가 제1 입력 트랜지스터(T3)의 문턱 전압 이하로 감소하면, 제1 입력 트랜지스터(T3)는 동작하지 않는다. 그렇게 되면 제2 노드(N2) 레벨이 제2 미러 트랜지스터(T2)로 출력되게 되고, 그에 따라 제2 미러 트랜지스터(T2)도 동작하지 않게 된다.
그러나, 레벨 시프팅부(16_2)는 제2 입력 트랜지스터(T4)로 하이 레벨의 파워다운모드신호(PWRDN)가 입력되기 때문에, 제2 입력 트랜지스터(T4)가 턴온되고 그에 의해 제4 노드(N4)의 레벨은 로우 레벨로 되고, 그에 의해 로우 레벨의 출력 신호가 출력하게 된다.
그러면, 정전기 방지부(16_4)는 레벨 시프팅부(16_2)로부터 제1 PMOS 트랜지스터(T5) 문턱 전압 이하의 로우 레벨의 출력 신호가 입력되게 되면, 제1 PMOS 트랜지스터(T5)가 턴-온된다.
이때, 정전기 방지부(16_4)의 조합부(NOR1)는 VDD 과다 상승 시에도 로우 레벨을 가지는 파워업 지연신호(PWRUP_DLY) 및 파워다운모드 지연신호(PWRDN_Delay) 입력 받아 조합 신호를 출력하게 되는데, 정전기 방지부(16_4)는 조합부(NOR1)로부터 출력된 조합 신호에 의해 제2 PMOS 트랜지스터(T6)와 제1 NMOS 트랜지스터(T7)가 턴-온되기 때문에 전원 전압의 레벨이 낮아지도록 전류를 방출시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 내부 보호부(410)는 내부에서 생성할 수 있는 가장 높은 전압을 생성하여 파워다운모드신호의 레벨을 시프트시키고, 시프트된 전압 레벨과 전원 전압의 레벨을 비교하여 과전류를 외부로 방출시킴으로써, 내부 회로의 오동작을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 펄스폭 변조 출력 모터제어장치는 전원 노이즈 처리부를 이용하여 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시킬 수 있어 동작 안정성이 보장된다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 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.
200 : BLDC 모터
300 : 액추에이터
400 : 펄스폭 변조 출력 모터제어장치
410 : 내부 보호부
420 : PWM 신호생성부
420 : 전원 노이즈 처리부

Claims (6)

  1. AWD(All-Wheel Drive) 시스템에서 전륜 및 후륜 구동력을 배분하기 위한 전동식 유압 액추에이터의 동작을 제어하는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치에 있어서,
    상기 전동식 유압 액추에이터를 작동시키는 BLDC 모터를 제어하기 위한 PWM 제어신호를 생성하는 PWM 신호생성부;
    상기 PWM 신호생성부에 연결된 디커플링 캐패시터에 연결되어 저항값이 가변되면서 전원에 의한 공진 노이즈를 감소시키는 전원 노이즈 처리부; 및
    정전기 또는 의도치 않은 고전압/전류 성분을 외부로 방출시킴으로써 상기 PWM 신호생성부를 보호하는 내부 보호부;를 포함하고,
    상기 내부 보호부는, 외부로부터 인가되는 파워다운모드신호의 레벨을 구동전압 이상의 레벨로 시프트시켜 출력 신호를 생성하고, 파워업 지연신호 및 파워다운모드 지연신호의 조합에 의한 조합 신호에 응답하여 과전류가 내부회로로 유입되는 것을 방지하는 내부회로 보호부;를 포함하고,
    상기 내부회로 보호부는 상기 구동전압 이상의 레벨에 응답하여 상기 파워다운모드신호의 레벨을 상기 구동전압 이상의 레벨로 시프트시켜 출력 신호를 출력하는 레벨 시프팅부; 및 상기 파워업 지연신호 및 상기 파워다운모드 지연신호의 조합신호에 응답하여 상기 과전류를 외부로 방출시키는 정전기 방지부;를 포함하고,
    상기 레벨 시프팅부는 상기 파워다운모드신호의 반전레벨과, 상기 파워다운모드신호를 입력으로 하는 제1 및 제2 입력 트랜지스터와, 상기 구동전압 이상의 레벨을 흘려주는 제1 및 제2 미러 트랜지스터; 상기 파워다운모드신호의 레벨을 반전시켜 상기 제1 입력 트랜지스터로 입력시키는 제1 인버터부; 및 상기 파워다운모드신호를 제2 입력 트랜지스터로 입력시키는 제2 인버터부;를 포함하고,
    상기 정전기 방지부는 상기 파워업 지연신호 및 상기 파워다운모드 지연신호를 조합하여 조합신호를 생성하는 조합부; 전원 전압단과 접지 전압단 사이에 연결되며 상기 레벨 시프팅부의 출력신호를 입력으로 하는 제1 PMOS 트랜지스터; 상기 조합부로부터 출력되는 상기 조합신호의 반전레벨을 입력으로 하는 제2 PMOS 트랜지스터; 및 상기 조합신호를 입력으로 하는 제1 NMOS 트랜지스터;를 포함하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전원 노이즈 처리부는,
    전원 전압 및 접지 전압을 공급받는 상기 PWM 신호생성부의 상기 전원 전압의 입력부와 일단이 연결되는 상기 디커플링 캐패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디커플링 캐패시터의 타단과 상기 접지 전압의 입력부 사이에 연결되어, 상기 전원 전압 또는 상기 접지 전압과 상기 PWM 신호생성부로 인입되는 전원 전압 또는 접지 전압 사이의 전압 레벨차가 최소가 되도록, 상기 PWM 신호생성부에 공급되는 전원 전압 또는 접지 전압에 대응하여 공진 노이즈를 감소시키는 저항값이 가변되는 가변 저항부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 저항부는,
    병렬로 연결된 복수의 저항 소자; 및
    상기 복수의 저항 소자를 선택하는 스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 저항 소자는,
    드레인단이 상기 디커플링 캐패시터에 연결되고, 소스단이 접지 라인으로 연결되는 복수의 엔모스 트랜지스터; 및
    드레인단이 상기 디커플링 캐패시터에 연결되고, 소스단이 상기 접지 라인으로 연결되며, 게이트단으로 전원전압이 인가되는 엔모스 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동형 액추에이터에 적용되는 펄스폭 변조 출력 모터제어장치.
  6. 삭제
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