KR19980084284A - 직류모터의 구동 제어회로 - Google Patents

직류모터의 구동 제어회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전계효과 트랜지스터 드라이버 집적소자와 릴레이 집적소자를 이용하여 직류모터를 간단하게 구동 제어하고 직류모터 구동부의 안전을 보장할 수 있도록 한 직류모터의 구동 제어회로에 관한 것으로, 릴레이 집적소자를 통해 공급되는 축전지 전압을 입력하여 마이크로 콘트롤러에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 각각 하프-브릿지 MOSFET 드라이버 직접소자가 동작하면, 하프-브리지 MOSFET 드라이버 집적소자의 하이/로우 출력신호에 따라 각각의 파워 전계효과 트랜지스터가 온/오프 동작하여 직류모터의 구동을 제어하고, 릴레이 집적소자 또는 마이크로 콘트롤러가 공급전원이나 모터 구동 회로 상의 전기적 결함을 탐지하는 경우 모터 구동 회로에 공급되는 축전지 전압을 차단하여 직류모터가 구동되지 않도록 제어하여, 하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자를 이용하여 풀 브릿지 섹션을 구성하므로 직류모터의 구동회로가 간편화되어 전자 제어기의 크기를 줄일 수 있게 됨은 물론, 모터코일의 단락과 같은 구동 회로의 전기적 결함이 발생하는 경우 릴레이 집적소자의 진단기능을 통해 모터 구동 회로에 공급되는 전력을 차단하여 전자 제어기의 안전성을 보장할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

직류모터의 구동 제어회로
본 발명은 전계효과 트랜지스터 드라이버(MOSFET DRIVER) 집적소자와 릴레이(RELAY) 집적소자를 이용하여 직류모터를 간단하게 구동 제어하고 직류모터 구동부의 안전을 보장할 수 있도록 한 직류모터의 구동 제어회로에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 구동력 제어 시스템에 있어서, 전자 제어 드로틀 밸브는 직류 서보모터에 의해 직접 작동된다.
특히, 상기 드로틀 밸즈는 그 개폐 여부에 따라 차량의 속도가 가감속되므로 드로틀 밸브 전자 제어의 안전성은 차량의 운행 및 운전자의 안전에 직접 관련된다.
그러나, 종래에는 전자 제어기의 공급 전원이 불안정하거나 직류모터 내부의 단선 및 단락과 같은 기능부조 또는 직류모터의 과전류 상태로 인하여 구동력 제어시스템의 직류모터가 오동작하게 되는 경우 전자 제어 드로틀 밸브가 오동작하여 차량 및 운전의 안전에 위험을 초래하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 그 목적은 지연회로가 내장된 두개의 하프-브릿지 전계효과 트랜지스터 드라이버 집적소자와 릴레이 집적소자를 이용하여 직류모터를 간단하게 구동 제어하고 직류모터의 구동을 위한 구동부의 안전을 보장할 수 있도록 한 직류모터의 구동 제어회로를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 직류모터의 구동 제어회로는, 릴레이 집적소자를 통해 공급되는 축전지 전압을 입력하여 마이크로 콘트롤러에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 각각의 하프-브릿지 전계효과 트랜지스터 드라이버 집적소자가 동작하면, 상기 하프-브릿지 전계효과 트랜지스터 드라이버 집적소자의 하이/로우 출력신호에 따라 각각의 파워 전계효과 트랜지스터가 온/오프 동작하여 직류모터의 구동을 제어하고, 상기 릴레이 집적소자 또는 마이크로 콘트롤러가 공급전압이나 모터 구동 회로 상의 전기적 결함을 탐지하는 경우에는 모터 구동회로에 공급되는 축전지 전압을 차단하여 직류모터가 구동되지 않도록 제어함을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 직류모터의 구동 제어회로도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1:릴레이 집적소자2:앤드 게이트
3:제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자
4:제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자
5:모터6:마이크로 콘트롤러
7:경고등C1~C4:커패시터
D1,D2:다이오드R1~R5:저항
T1~T5:파워 MOSFET
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 직류모터의 구동 제어회로의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 직류모터의 구동 제어회로의 구성도로서, 파워 솔리드 스테이트 릴레이(power solid state relay)인 집적회로 요소로 직류모터(5) 구동을 위한 축전지 전압(VBATT)을 공급하는 릴레이 집적소자(1)와, 안전소자로서 공급전원 및 모터 구동 회로 상의 결함조건을 탐지하는 경우 상기 릴레이 집적소자(1)를 비작동시켜 모터 구동을 위한 축전지 전압(VBATT)을 차단하는 앤드 게이트(AND Gate)(2)와, 상기 릴레이 집적소자(1)를 통해 공급되는 축전지 전압(VBATT)을 입력받아 마이크로 콘트롤러(6)에서 출력되는 가변 구형파 진폭신호에 따라 모터 구동 제어신호를 출력하는 제1하프-브릿지 전계효과 트랜지스터 드라이버 집적소자(half-bride MOSFET driver)(3)와, 상기 릴레이 집적소자(1)를 통해 공급되는 축전지 전압(VBATT)을 입력받아 마이크로 콘트롤러(6)에서 출력되는 모터 회전 방향신호에 따라 모터 구동 제어신호를 출력하는 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)와, 상기 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)에서 출력되는 모터 구동 제어시호에 따라 온/오프 동작하여 직류모터(5)를 구동시키는 파워 전계효과 트랜지스터(power MOSFET)(T1,T2)와, 상기 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 온/오프 동작하여 직류모터(5)를 구동시키는 파워 MOSFET(T3,T4)와, 상기 제1, 제2 하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 동작을 제어하고, 공급전원 및 모터 구동 회로 상의 결함조건 탐지 여부에 따른 경고등(7)의 온/오프 제어신호를 출력하는 마이크로 콘트롤러(6)와, 상기 마이크로 콘트롤러(6)에서 출력되는 경고등(7)의 온/오프 제어신호에 따라 온/오프 동작하는 파워 MOSFET(T5)와, 상기 파워 MOSFET(T5)의 온/오프 동작에 따라 점등 또는 소등되는 경고등(7)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 직류모터의 구동 제어회로에 있어서, 상기 네개의 파워 MOSFET(T1~T4)는 풀 브릿지 섹션(full bridge section)을 구성하여 직류모터(5)를 구동하게 된다.
상기 파워 MOSFET(T1~T4)의 게이트(Gate)단에 접속된 저항(R1~R4)은 각각의 파워 MOSFET(T1~T4)의 스위치 동작 특성을 향상시키기 위한 저항이고, 저항(R5)은 +5V 전압을 릴레이 집적소자(1)의 개방 드레인 진단단자(MON)에 접속한다.
제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 공급전원 입력단자(VCC)와 접지전위 입력단자(COM) 사이에 접속된 커패시터(C1,C2)는 공급전압인 축전지 전압(VBATT)의 노이즈를 정형(filter)하는 바이패스(bypass) 커패시터이고, 상기 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 상단측 공급전압 입력단자(VB)와 입력단자(VS) 사이에 접속된 커패시터(C3,C4)는 부트스트랩(bootstrap)으로 작용하는 커패시터이다.
그리고, 상기 릴레이 집적소자(1)의 출력단자(OUT)로부터 출력되는 축전지 전압(VBATT)과 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 입력단자(VB) 사이에 접속된 다이오드(D1,D2)는 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 입력단자(VB)로부터 공급전원 입력단자(VCC)로 흐르는 역방향 전류를 방지하기 위한 다이오드이다.
상기 마이크로 콘트롤러(6)는 직류모터(5)의 위치 제어 기능과 모터 구동 회로의 감시 기능을 수행하게 되는데, 단극 구동 방식으로 직류모터(5)의 위치를 제어하기 위하여 가변 구형파 진폭과 모터 회전 방향을 연산한다.
즉, 가변 구형파 진폭신호(VPWM)는 가변 구형파 진폭단자(PWM)를 통해 출력되어 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 논리신호 입력단자(IN)에 연결되고, 모터 회전 방향신호(Vdir)는 마이크로 콘트롤러(6)의 모터 회전 방향단자(DIR)를 통해 출력되어 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 논리신호 입력단자(IN)에 연결된다.
상기와 같이 구성된 직류모터의 구동 제어회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 릴레이 집적소자(1)의 입력단자(VDD)에는 축전지 전압(VBATT)이 연결되어, 릴레이 집적소자(1)의 입력단자(IN)가 하이(high)일 경우에는 출력단자(OUT)가 온(on)되어 상기 입력단자(VDD)로 입력되는 축전지 전압(VBATT)이 출력단자(OUT)를 통해 그대로 출력된다.
반면, 상기 릴레이 집적소자(1)의 입력단자(IN)가 로우(low)일 경우에는 출력단자(OUT)가 오프(off)되어 축전지 전압(VBATT)의 출력이 차단된다.
즉, 상기 릴레이 집적소자(1)의 입력단자(IN)는 앤드 게이트(2)의 출력신호가 입력되는 단자로서, 상기 앤드 게이트(2)가 로우신호를 출력하는 경우에는 축전지 전압(VBATT)이 모터 구동을 위한 모터 구동 회로 상에 공급되지 않게 되는 것이다.
상기 앤드 게이트(2)의 입력신호로는 상기 릴레이 집적소자(1)의 개방 드레인 출력단인 진단단자(MON)에서 출력되는 진단신호(VMON)와 마이크로 콘트롤러(6)의 출력단자(EN)에서 출력되는 신호인데, 이때, 상기 릴레이 집적소자(1)의 진단단자(MON)가 진단 작용을 수행하여 상기 마이크로 콘트롤러(6)의 출력단자(EN)에서 하이 신호가 출력되는 경우에 상기 릴레이 집적소자(1)가 정상 작동중일때에는 진단단자(MON)를 통해 하이의 진단 전압신호(VMON)를 출력한다.
이에 따라, 앤드 게이트(2)로부터 하이의 출력신호가 상기 릴레이 집적소자(1)의 입력단자(IN)에 출력되어, 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4) 및 파워 MOSFET(T1~T4) 등의 모터 구동 회로에 축전지의 전압(VBATT)이 공급되게 된다.
한편, 상기 릴레이 집적소자(1)에 입력되는 축전지 전압(VBATT)이 저전압 또는 고전압인 결함조건을 나타내거나, 출력단자(OUT)에 연결된 부하가 단락되어 과전류가 흘러서 릴레이 집적소자(1)가 고온 상태로 되거나, 출력단(OUT)에 연결된 부하가 개방되었을때와 같이, 상기 릴레이 집적소자(1)가 공급전원 또는 모터 구동 회로 상의 결함조건을 탐지하여 상기 릴레이 집적소자(1)의 진단단자(MON)로부터 로우의 전압신호(VMON)가 출력될때 또는 상기 마이크로 콘트롤러(6)의 출력단자(EN)가 로우일 경우에는 상기 앤드 게이트(2)가 로우 신호를 출력하게 된다.
따라서, 모터 구동을 위한 모터 구동 회로에 공급되는 축전지의 전압(VBATT)이 차단되게 되며, 이에 따라 마이크로 콘트롤러(6)에서 출력되는 모터 구동 제어 신호에 따라 직류모터(5)가 구동되지 않게 된다.
여기서, 상기 마이크롤 콘트롤러(6)의 입력단자(MON)에 상기 릴레이 집적소자(1)의 진단단자(MON)로부터 로우의 진단신호(VMON)가 입력되게 되면, 모터 구동 회로에 전기적 결함이 발생함을 탐지한 경우로 지시 단자(IND)로 하이신호를 출력하여 파워 MOSFET의 온동작으로 경고등(7)을 점등시킨다.
반면, 상기 진단신호(VMON)가 하이일때는 모터 구동 회로가 정상임을 나타내므로 지시 단자(IND)로 로우신호를 출력하여 상기 경고등(7)을 소등시키도록 한다.
이어, 상기 릴레이 집적소자(1)의 출력단(OUT)으로부터 축전지 전압(VBATT)이 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 공급전압 입력단자(VCC)에 인가되고, 마이크로 콘트롤러(6)의 가변 구형파 진폭단자(PWM)로부터 하이의 가변 구형파 진폭신호(VPWM)가 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 입력단자(IN)에, 마이크로 콘트롤러(6)의 모터 회전 방향단자(DIR)로부터 로우의 모터 회전 방향신호(Vdir)가 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 입력단자(IN)에 각각 입력되면, 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 상단측 출력단자(HO)가 하이의 전압신호를 발생하고, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 하단측 출력단자(LO)가 하이의 전압신호를 발생하여 각각의 파워 MOSFET(T1,T4)가 온되고, 이와 동시에 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 하단측 출력단자(LO)와 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 상단측 출력단자(HO)가 로우의 전압신호를 발생하여 파워 MOSFET(T2,T3)가 오프됨으로써, 직류모터(5)는 정방향으로 구동하게 된다.
반면에, 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 입력단자(IN)에 로우신호가 인가되고, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 입력단자(IN)에 하이신호가 인가되면, 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 상단측 출력단자(HO)와 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 하단측 출력단자(LO)가 로우신호를 발생하여 파워 MOSFET(T1,T4)는 오프되고, 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)의 하단측 출력단자(LO)와 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)의 상단측 출력단자(HO)가 하이신호를 발생하여 파워 MOSFET(T2,T3)가 온됨으로써 상기 직류모터(5)는 역방향으로 구동하게 된다.
이때, 상기 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)에는 지연회로가 내장되어 있어, 입력단자(IN)의 입력신호가 하이에서 로우로 또는 로우에서 하이로 전환될때 각각의 파워 MOSFET(T1,T2)와 파워 MOSFET(T3,T4)가 동시에 온되지 않도록 하여 하프-브릿지 슈트-수르(half-bridge shoot-through)를 방지하도록 한다.
이상, 상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 지연회로가 내장된 하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자 두개를 이용하여 풀 브릿지 섹션을 구성하므로 직류모터의 구동회로가 간편화되어 전자 제어기의 크기를 줄일 수 있게 됨은 물론, 모터 코일의 단락과 같은 구동 회로의 전기적 결함이 발생하는 경우 릴레이 집적소자(1)의 진단기능을 통해 모터 구동 회로에 공급되는 전력을 차단하여 전자 제어기의 안전성을 보장할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 마이크로 콘트롤러(6)에 의한 경고등의 점등/소등 제어로 운전자가 전자 제어기의 비제어 상태를 감지할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 직류모터(5) 구동을 위한 축전지 전압을 공급하는 릴레이 집적소자(1)와, 공급전원 및 모터 구동 회로 상의 결함조건을 탐지하는 경우 상기 릴레이 집적소자(1)를 비작동시켜 모터 구동을 위한 축전지 전압을 차단하는 앤드 게이트(2)와, 상기 릴레이 집적소자(1)를 통해 공급되는 축전지 전압을 입력받아 마이크로 콘트롤러에서 출력되는 가변 구형파 진폭신호에 따라 모터 구동 제어신호를 출력하는 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)와, 상기 릴레이 집적소자(1)를 통해 공급되는 축전지 전압을 입력받아 마이크로 콘트롤러에서 출력되는 모터 회전 방향신호에 따라 모터 구동 제어신호를 출력하는 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)와, 상기 제1하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3)에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 온/오프 동작하여 직류모터(5)를 구동시키는 파워 MOSFET(T1,T2)와, 상기 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(4)에서 출력되는 모터 구동 제어신호에 따라 온/오프 동작하여 직류모터(5)를 구동시키는 파워 MOSFET(T3,T4)와, 상기 제1, 제2하프-브릿지 MOSFET 드라이버 집적소자(3,4)의 동작을 제어하고, 공급전원 및 모터 구동 회로 상의 결함조건 탐지 여부에 따른 경고등(7)의 온/오프 제어신호를 출력하는 마이크로 콘트롤러(6)와, 상기 마이크로 콘트롤러(6)에서 출력되는 경고등(7)의 온/오프 제어신호에 따라 온/오프 동작하는 파워 MOSFET(T5)와, 상기 파워 MOSFET(T5)의 온/오프 동작에 따라 점등 또는 소등되는 경고등(7)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직류모터의 구동 제어회로.
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