KR102558601B1 - 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법이 제공된다. 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템은 마이크로 컨트롤러. 모터에 하이 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 하이 사이드 스위치, 상기 모터에 로우 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 로우 사이드 스위치, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 제1 및 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 입력받아 상기 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드 스위치를 구동하는 게이트 드라이버 IC를 포함하되, 상기 게이트 드라이버 IC는, 상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 로우 사이드 스위치를 턴 온시키고, 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 상기 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 하이 사이드 스위치를 턴 온 시킨다.

Description

모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법{PROTECTION CIRCUIT FOR MOTOR DRIVING GATE DRIVER AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 모터를 구동하는 하이 사이드 드라이버와 로우 사이드 드라이버 사이의 동작 중첩으로 인한 슈팅 스루(Shooting through)를 방지할 수 있는 보호 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
흔히 사용되는 3상 모터의 구동을 위해 서로 120도의 위상차를 갖는 3개의 3상 신호가 입력으로 제공된다. 특히 3상 신호의 입력을 제어하기 위해 하이 사이드 드라이버와 로우 사이드 드라이버로 구성되는 게이트 드라이버가 이용되며, 하이 사이드 드라이버에 연결된 하이 사이드 스위치가 턴 온 될 때 로우 사이드 드라이버에 연결된 로우 사이드 스위치는 턴 오프 되고, 하이 사이드 스위치가 턴 오프 될 때 로우 사이드 스위치는 턴 온 되어 3상 모터가 구동된다.
그러나 게이트 드라이버의 구동 제어 신호와 게이트 드라이버의 실제 동작 사이에는 딜레이가 존재하게 되고, 순차 구동 중에 이러한 딜레이에 의해 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치가 모두 턴 온되는 상황이 발생할 수 있는데 이를 슈팅 스루(shooting through)라고 한다.
슈팅 스루가 발생하면 전기 에너지가 부하인 모터로 전달되지 않고 모두 게이트 드라이버로 흘러 소자 파괴로 이어질 수 있다. 따라서 모터의 안정적인 구동을 위해 이러한 슈팅 스루를 방지하기 위한 회로가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 모터를 구동하는 하이 사이드 드라이버와 로우 사이드 드라이버 사이의 동작 중첩으로 인한 슈팅 스루를 방지할 수 있는 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 모터를 구동하는 하이 사이드 드라이버와 로우 사이드 드라이버 사이의 동작 중첩으로 인한 슈팅 스루를 방지할 수 있는 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템은, 마이크로 컨트롤러. 모터에 하이 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 하이 사이드 스위치, 상기 모터에 로우 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 로우 사이드 스위치, 상기 마이크로 컨트롤러로부터 제1 및 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 입력받아 상기 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드 스위치를 구동하는 게이트 드라이버 IC를 포함하되, 상기 게이트 드라이버 IC는, 상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 로우 사이드 스위치를 턴 온시키고, 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 상기 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 하이 사이드 스위치를 턴 온 시킨다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 게이트 드라이버 IC는, 상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압과 그라운드 레벨을 비교하여 제1 비교값을 출력하는 제1 비교기를 포함하고, 상기 제1 비교값과 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 AND 연산한 결과값으로 상기 로우 사이드 스위치를 턴 온 시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 게이트 드라이버 IC는, 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압과 그라운드 레벨을 비교하여 제2 비교값을 출력하는 제2 비교기를 더 포함하고, 상기 제2 비교값과 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호를 AND 연산한 결과값으로 상기 하이 사이드 스위치를 턴 온시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 게이트 드라이버 IC는, 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균과, 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하여 상기 마이크로 컨트롤러에 제공할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 마이크로 컨트롤러는, 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균 및 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 이용하여 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법은, 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 입력받아 모터에 연결된 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치를 구동하는 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호에 기초하여 상기 하이 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 하이 사이드 전원을 공급하는 단계, 기 제1 게이트 드라이버 제어 신호가 로우 레벨이 되고 상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 전압 레벨에 도달하는 경우 하이 레벨의 제1 비교값을 생성하는 단계, 및 상기 제1 비교값과 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호가 동시에 하이 레벨인 경우 상기 로우 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 로우 사이드 전원을 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호가 로우 레벨이 되고 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 전압 레벨에 도달하는 경우 하이 레벨의 제2 비교값을 생성하는 단계, 상기 제2 비교값과 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호가 동시에 하이 레벨인 경우 상기 하이 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 하이 사이드 전원을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균과, 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균 및 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 이용하여 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호의 출력 타이밍을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템은, 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 딜레이를 가지며 하강하는 경우에도 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치가 동시에 턴 온되는 슈팅 스루 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 시스템은 게이트 드라이버 제어 신호과 하이 사이드 드라이버 및 로우 사이드 스위치의 전압 변화 사이의 딜레이를 측정하고 이를 통해 게이트 드라이버 제어 신호의 출력 타이밍을 제어함으로써 하이 사이드 드라이버 및 로우 사이드 스위치가 동시에 턴 온 되어 발생할 수 있는 슈팅 스루를 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시에에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 구성 요소와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 구성 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소와 "직접 연결된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구성 요소를 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성 요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템(1)은 마이크로 컨트롤러(110), 게이트 드라이버 IC(120), 하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2) 등을 포함할 수 있다.
마이크로 컨트롤러(110)는 모터(150)의 회전 위치에 따라 모터(150)의 회전을 위한 게이트 드라이버 IC(120)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 컨트롤러(110)는 게이트 드라이버 IC(120)에 포함된 드라이버로부터 하이 사이드 스위치 및 로우 사이드 스위치를 제어하기 위한 제1 및 제2 드라이버 제어 신호(INH, INL)를 제공함으로써 게이트 드라이버 IC(120)의 동작을 제어할 수 있다.
게이트 드라이버 IC(120)는 마이크로 컨트롤러(110)로부터 제공받은 제1 및 제2 드라이버 제어 신호(INH, INL)에 기초하여 하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2)를 턴 온 또는 턴 오프시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실시에에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템에서, 게이트 드라이버 IC(120)는 하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2)의 슈팅 스루 방지를 위해 하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압을 문턱 전압과 비교한 결과와 제1 및 제2 드라이버 제어 신호(INH, INL)를 조합함으로써 하이 사이드 스위치(SW1) 및 로우 사이드 스위치(SW2)를 제어할 수 있다. 이에 관한 자세한 내용은 후술한다.
하이 사이드 스위치(SW1)는 게이트 드라이버 IC(120)로부터 제공받는 스위치 제어 전압에 의해 턴 온 또는 턴 오프됨으로써 모터(150)에 하이 사이드 전원을 제공할 수 있다. 로우 사이드 스위치(SW2)는 게이트 드라이버 IC(120)로부터 제공받는 스위치 제어 전압에 의해 턴 온 또는 턴 오프됨으로써 모터(150)에 로우 사이드 전원을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시에에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 게이트 드라이버 IC(120)의 구성을 더욱 자세하게 설명하기 위한 도면이 도시된다. 게이트 드라이버 IC(120)는 게이트 드라이버(121), 비교부(124) 및 제어부(129)를 포함할 수 있다.
게이트 드라이버(121)는 하이 사이드 드라이버(122)와 로우 사이드 드라이버(123)를 포함한다. 하이 사이드 드라이버(122)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트 단자와 연결되고, 하이 사이드 드라이버(122)의 게이트-소스 전압과 문턱 전압(VTH)을 비교한 제1 비교값(H_COMP)과 제1 드라이버 제어 신호(INH)의 조합에 의해 제어되어 하이 사이드 스위치(SW1)를 턴 온 시킬 수 있다.
로우 사이드 드라이버(123)는 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트 단자와 연결되고, 로우 사이드 드라이버(123)의 게이트-소스 전압과 문턱 전압(VTH)을 비교한 제2 비교값(L_COMP)과 제2 드라이버 제어 신호(INL)의 조합에 의해 제어되어 로우 사이드 스위치(SW2)를 턴 온 시킬 수 있다.
비교부(124)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)과 문턱 전압(VTH)을 비교하여 제1 비교값(H_COMP)을 출력하는 제1 비교기(127)와 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압(VGSL)과 문턱 전압(VTH)을 비교하여 제2 비교값(L_COMP)을 출력하는 제2 비교기(128)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 문턱 전압(VTH)은 그라운드 레벨 전압에 가까운 전압일 수 있다. 즉, 제1 비교기(127)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)이 그라운드 레벨에 가까워지면 제1 비교값(H_COMP)을 '하이' 레벨로 출력할 수 있다. 제2 비교기(128)는 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압(VGSL)이 그라운드 레벨에 가까워지면 제2 비교값(L_COMP)을 '하이' 레벨로 출력할 수 있다.
제어부(129)는 제2 비교값(L_COMP)과 제1 드라이버 제어 신호(INH)를 AND 연산하는 제1 AND 게이트(130)와 제1 비교값(H_COMP)과 제2 드라이버 제어 신호(INL)를 AND 연산하는 제2 AND 게이트(131)를 포함할 수 있다. 제1 AND 게이트(130)는 제2 비교값(L_COMP)과 제1 드라이버 제어 신호(INH)가 모두 '하이'레벨 일 때 하이 사이드 스위치(SW1)를 턴 온 시키도록 하이 사이드 드라이버(122)를 제어할 수 있다. 제2 AND 게이트(131)는 제1 비교값(H_COMP)과 제2 드라이버 제어 신호(INL)가 모두 '하이'레벨 일 때 로우 사이드 스위치(SW2)를 턴 온 시키도록 로우 사이드 드라이버(123)를 제어할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 몇몇 실시에에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템에 포함된 게이트 드라이버 IC(120)는, 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)이 0에 가까워지면 제1 비교값(H_COMP)을 '하이'레벨로 설정하고, 제2 드라이버 제어 신호(INL)와 AND 연산을 통해 로우 사이드 스위치(SW2)를 턴 온 시키도록 제어함으로써 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)가 동시에 턴 온 되는 것을 막을 수 있다.
또한, 게이트 드라이버 IC(120)는, 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압(VGSL)이 0에 가까워지면 제2 비교값(L_COMP)을 '하이'레벨로 설정하고, 제1 드라이버 제어 신호(INH)와 AND 연산을 통해 하이 사이드 스위치(SW1)를 턴 온 시키도록 제어함으로써 로우 사이드 스위치(SW2)와 하이 사이드 스위치(SW1)가 동시에 턴 온 되는 것을 막을 수 있다
도 3a 및 3b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
먼저 도 3a를 참조하면, 하이 사이드 드라이버(122) 및 하이 사이드 스위치(SW1)의 제어 방법이 설명된다. 먼저 마이크로 컨트롤러(110)로부터 제1 드라이버 제어 신호(INH)를 제공받고(S101), 제1 드라이버 제어 신호(INH)가 '하이'레벨 인지 판단한다(S102). 제1 드라이버 제어 신호(INH)가 '로우'레벨이면 하이 사이드 드라이버(122)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 턴 오프 전압을 제공하고(S106), 제1 드라이버 제어 신호(INH)가 '하이'레벨이면 로우 사이드 드라이버(123)에 의해 로우 사이드 스위치(SW2)가 턴 오프 상태로 유지되는지 여부를 판단한다(S103). 이러한 판단은 상술한 것과 같이 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압(VGSL)이 0에 가까워지면 제2 비교값(L_COMP)을 '하이'레벨로 설정하는 것에 의해 수행될 수 있다.
다음으로 하이 사이드 드라이버(122)가 하이 사이드 스위치(SW1)의 턴 온 전압을 제공하고 로우 사이드 드라이버(123)가 로우 사이드 스위치(SW2)의 턴 오프 전압을 제공하여(S104) 하이 사이드 스위치(SW1)를 턴 온 시킬 수 있다(S105).
다음으로 도 3b를 참조하면, 로우 사이드 드라이버(123) 및 로우 사이드 스위치(SW2)의 제어 방법이 설명된다. 먼저 마이크로 컨트롤러(110)로부터 제2 드라이버 제어 신호(INL)를 제공받고(S111), 제2 드라이버 제어 신호(INL)가 '하이'레벨 인지 판단한다(S112). 제2 드라이버 제어 신호(INL)가 '로우'레벨이면 로우 사이드 드라이버(123)는 로우 사이드 스위치(SW2)의 턴 오프 전압을 제공하고(S116), 제2 드라이버 제어 신호(INL)가 '하이'레벨이면 하이 사이드 드라이버(122)에 의해 하이 사이드 스위치(SW1)가 턴 오프 상태로 유지되는지 여부를 판단한다(S113). 이러한 판단은 상술한 것과 같이 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)이 0에 가까워지면 제1 비교값(H_COMP)을 '하이'레벨로 설정하는 것에 의해 수행될 수 있다.
다음으로 로우 사이드 드라이버(123)가 로우 사이드 스위치(SW2)의 턴 온 전압을 제공하고 하이 사이드 드라이버(123)가 하이 사이드 스위치(SW1)의 턴 오프 전압을 제공하여(S114) 로우 사이드 스위치(SW2)를 턴 온 시킬 수 있다(S115).
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4a를 참조하면, 게이트 드라이버 IC에 연결된 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치에서 슈팅 스루가 발생할 수 있는 상황의 타이밍도가 도시된다. 마이크로 컨트롤러(110)가 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)를 '로우'레벨로 설정함에 따라 하이 사이드 드라이버(122)로부터 출력되는 제어 신호(HC) 또한 '로우'레벨로 하강한다. 이 때 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)은 회로에 존재하는 기생 L, C 성분 등에 의해 시간 t2까지 딜레이를 가지며 하강한다.
그런데 이 때 마이크로 컨트롤러(110)가 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)를 '하이'레벨로 설정함에 따라 로우 사이드 드라이버(123)로부터 출력되는 제어 신호(LC) 또한 '하이'레벨로 상승하고, 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압 또한 상승하게 되어 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)가 동시에 턴 온 되는 슈팅 스루 현상이 발생하여 소자 손상을 유발할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템에서 로우 사이드 드라이버(123)로부터 출력되는 제어 신호(LC)는 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)이 그라운드 레벨 근처의 문턱 전압(VTH)과 같아지는 경우에 '하이'레벨로 설정된다. 따라서 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)이 딜레이를 가지며 하강하는 경우에도 하이 사이드 스위치(SW1)와 로우 사이드 스위치(SW2)가 동시에 턴 온되는 슈팅 스루 현상을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템을 설명하기 위한 회로도이다. 앞서 설명한 실시예의 구성 요소와 유사한 도면 부호를 갖는 구성 요소는 유사한 구성 요소로 해석될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템(2)은 게이트 드라이버 IC(220)가 타이밍 계산기(232)와 레지스터(233)를 더 포함할 수 있다.
타이밍 계산기(232)는 마이크로 컨트롤러(210)로부터 제공받는 게이트 드라이버 제어 신호(INH, INL)과 하이 사이드 드라이버 및 로우 사이드 스위치(SW1, SW2)의 전압 변화 사이의 딜레이를 측정할 수 있다.
구체적으로, 타이밍 계산기(232)는 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)와 제2 비교값(L_COMP) 사이의 제1 딜레이(H-L Time)와, 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)와 제1 비교값(H_COMP) 사이의 제2 딜레이(L-H Time) 를 측정할 수 있다. 제1 딜레이(H-L Time)는 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)의 '로우' 레벨로의 천이와 로우 사이드 스위치(SW2)의 게이트-소스 전압(VGSL)의 하강 사이의 딜레이이며, 제2 딜레이(L-H Time)는 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)의 '로우' 레벨로의 천이와 하이 사이드 스위치(SW1)의 게이트-소스 전압(VGSH)의 하강 사이의 딜레이이다. 타이밍 계산기(232)는 제1 딜레이(H-L Time)과 제2 딜레이(L-H Time)를 반복적으로 측정하여 레지스터(233)로 전달한다.
레지스터(233)는 미리 정한 개수의 제1 딜레이(H-L Time)과 제2 딜레이(L-H Time)를 저장하고 제1 딜레이(H-L Time)과 제2 딜레이(L-H Time)의 평균을 연산하여 마이크로 컨트롤러(210)에 전송한다. 마이크로 컨트롤러(210)는 제1 딜레이(H-L Time)과 제2 딜레이(L-H Time)의 평균값을 이용하여 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)와 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 즉, 마이크로 컨트롤러(210)는 상기 평균값을 이용하여 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)가 '로우/하이'레벨로 하강하는 타이밍과 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)가 '하이/로우'레벨로 하강하는 타이밍을 제어할 수 있다.
이와 같이, 마이크로 컨트롤러(210)는 상기 평균값을 이용하여 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)가 '로우/하이'레벨로 하강하는 타이밍과 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)가 '하이/로우'레벨로 하강하는 타이밍을 제어함으로써 하이 사이드 드라이버 및 로우 사이드 스위치(SW1, SW2)가 동시에 턴 온 되어 발생할 수 있는 슈팅 스루를 방지할 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에 따른 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법은 앞서 도 3a를 이용하여 설명한 제어 방법에서 제1 딜레이(H-L Time)을 측정하는 단계(S207), 레지스터(233)가 n개의 제1 딜레이(H-L Time)의 평균값을 연산하는 단계(S208), 연산된 평균값을 마이크로 컨트롤러(210)에 전송하는 단계(S209) 및 평균값에 기초하여 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)와 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)의 타이밍을 제어하는 단계(S210)를 더 포함할 수 있다.
도 6b 또한 마찬가지로, 앞서 도 3b를 이용하여 설명한 제어 방법에서 제2 딜레이(L-H Time)을 측정하는 단계(S217), 레지스터(233)가 n개의 제2 딜레이(L-H Time)의 평균값을 연산하는 단계(S218), 연산된 평균값을 마이크로 컨트롤러(210)에 전송하는 단계(S219) 및 평균값에 기초하여 제1 게이트 드라이버 제어 신호(INH)와 제2 게이트 드라이버 제어 신호(INL)의 타이밍을 제어하는 단계(S220)를 더포함할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 마이크로 컨트롤러 120: 게이트 드라이버
SW1: 하이 사이드 스위치 SW2: 로우 사이드 스위치
150: 모터

Claims (9)

  1. 마이크로 컨트롤러;
    모터에 하이 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 하이 사이드 스위치;
    상기 모터에 로우 사이드 전원을 공급하거나 공급을 차단하는 로우 사이드 스위치; 및
    상기 마이크로 컨트롤러로부터 제1 및 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 입력받아 상기 하이 사이드 스위치와 상기 로우 사이드 스위치를 구동하는 게이트 드라이버 IC를 포함하되,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 로우 사이드 스위치를 턴 온시키고, 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 상기 미리 정한 레벨 이하인 경우에 상기 하이 사이드 스위치를 턴 온 시키고,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압과 그라운드 레벨을 비교하여 제1 비교값을 출력하는 제1 비교기를 포함하고,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하여 상기 마이크로 컨트롤러에 제공하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 제1 비교값과 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 AND 연산한 결과값으로 상기 로우 사이드 스위치를 턴 온시키는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압과 그라운드 레벨을 비교하여 제2 비교값을 출력하는 제2 비교기를 더 포함하고,
    상기 제2 비교값과 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호를 AND 연산한 결과값으로 상기 하이 사이드 스위치를 턴 온시키는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 게이트 드라이버 IC는,
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하여 상기 마이크로 컨트롤러에 제공하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤러는,
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균 및 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 이용하여 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호의 출력 타이밍을 제어하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템.
  6. 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 제2 게이트 드라이버 제어 신호를 입력받아 모터에 연결된 하이 사이드 스위치와 로우 사이드 스위치를 구동하는 모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호에 기초하여 상기 하이 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 하이 사이드 전원을 공급하는 단계;
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호가 로우 레벨이 되고 상기 하이 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 전압 레벨에 도달하는 경우 하이 레벨의 제1 비교값을 생성하는 단계; 및
    상기 제1 비교값과 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호가 동시에 하이 레벨인 경우 상기 로우 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 로우 사이드 전원을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하는 단계를 더 포함하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호가 로우 레벨이 되고 상기 로우 사이드 스위치의 게이트-소스 전압이 미리 정한 전압 레벨에 도달하는 경우 하이 레벨의 제2 비교값을 생성하는 단계;
    상기 제2 비교값과 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호가 동시에 하이 레벨인 경우 상기 하이 사이드 스위치에 턴 온 전압을 공급하여 상기 모터에 하이 사이드 전원을 공급하는 단계를 더 포함하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균을 연산하는 단계를 더 포함하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 비교값의 타이밍 차이의 평균 및 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제1 비교값의 타이밍 차이의 평균을 이용하여 상기 제1 게이트 드라이버 제어 신호와 상기 제2 게이트 드라이버 제어 신호의 출력 타이밍을 제어하는 단계를 더 포함하는,
    모터 구동용 게이트 드라이버의 보호 시스템의 제어 방법.
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