KR19990039572A

KR19990039572A - H-bridge type motor driver

Info

Publication number: KR19990039572A
Application number: KR1019970059721A
Authority: KR
Inventors: 김동훈
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-06-05

Abstract

H-브리지 형 모터 드라이버가 개시된다. 본 발명에 따른 H-브리지형 모터 드라이버는, 정입력 단자를 통하여 바이어스 전압을 입력하고, 부입력 단자를 통하여 입력 전압을 입력하고, 입력된 전압을 증폭하여 출력하는 연산 증폭 수단, 연산 증폭 수단의 출력을 입력으로하고, 소정의 모터를 구동하기 위한 구동 신호를 생성하는 모터 구동 제어 수단, 모터 구동 수단의 출력과 연결된 게이트와, 소정의 출력 전원 전압과 연결된 콜렉터를 갖는 하나 이상 N개의 파워 트랜지스터들, N번째 연결된 모터 구동 트랜지스터의 에미터와 기준 전원 사이에 연결되어 출력 전류를 검출하는 출력 전류 검출 수단, 검출된 전압과 기준 전압을 증폭하여 생성한 에러 신호와 소정의 톱니파 발진 신호를 비교하고, 비교된 결과를 스위칭 제어 신호로서 출력하는 펄스폭 변조 제어 수단, 및 스위칭 제어 신호에 응답하여 입력 전압에 상응하는 출력 전원 전압을 생성하는 직류-직류 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고, 입력 전압에 상응하는 모터 드라이버의 출력 전압을 생성하도록 제어하는 것이 가능하므로 모터 구동시 발열을 최소화할 수 있기 때문에 모터 드라이버 구동시 안정된 열특성을 확보할 수 있다는 효과가 있다.An H-bridge type motor driver is disclosed. The H-bridge type motor driver according to the present invention includes an operational amplifier means for inputting a bias voltage through a positive input terminal, an input voltage through a negative input terminal, and amplifying and outputting the input voltage. One or more N power transistors having an output as an input and having motor drive control means for generating a drive signal for driving a given motor, a gate connected to the output of the motor drive means, and a collector connected to the predetermined output power supply voltage. Output current detection means connected between the emitter of the Nth connected motor driving transistor and the reference power source for detecting the output current, comparing the error signal generated by amplifying the detected voltage and the reference voltage with a predetermined sawtooth oscillation signal, Pulse width modulation control means for outputting the compared result as a switching control signal, and responsive to the switching control signal It is characterized in that it comprises a DC-DC conversion means for generating an output power supply voltage corresponding to the input voltage, it is possible to control to generate the output voltage of the motor driver corresponding to the input voltage to minimize heat generation when driving the motor Therefore, it is possible to secure stable thermal characteristics when driving the motor driver.

Description

H-bridge motor driver

본 발명은 컴팩트 디스크 롬(Compact Disk-ROM:CDROM)에 이용되는 4채널 모터 드라이버에 관한 것으로서, 특히, 입력 전압에 상응하는 적절한 출력 전압으로 모터를 구동함으로써 발열을 최소화하는 H-브리지형 모터 드라이버에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a four-channel motor driver used in a compact disk ROM (CDROM). In particular, an H-bridge type motor driver that minimizes heat generation by driving a motor with an appropriate output voltage corresponding to an input voltage. It is about.

도 1은 종래의 H-브리지형 모터 드라이버를 설명하기 위한 개략적인 블럭도로서, 연산 증폭부(100), 저항들(R11, R12), 제1모터 구동 제어부(110a), 제2모터 구동 제어부(110b), NPN형 파워 트랜지스터들(Q11, Q12, Q13, Q14) 및 모터(130)로 구성된다.FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a conventional H-bridge type motor driver. The operational amplifier 100, resistors R11 and R12, a first motor driving controller 110a, and a second motor driving controller are shown in FIG. 110b, NPN type power transistors Q11, Q12, Q13, and Q14 and a motor 130.

도 1에 도시된 연산 증폭부(100)는 바이어스 전압 입력 단자(VBIAS)와 연결된 정입력 단자와, 제1저항(R11)을 거쳐서 신호 입력 단자(VIN)와 연결된 부입력 단자를 갖고, 제2저항(R12)은 부입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된다. 또한, 연산 증폭부(100)는 입력 전압(VIN)에 대한 저항(R11)과 저항(R12)의 분배된 저항 값에 상응하는 전압과, 바이어스 전압(VBIAS)과의 전압 차를 증폭하고, 증폭된 전압을 출력한다. 연산 증폭부(100)의 출력은 각각 제1모터 구동 제어부(110a)와 제2모터 구동 제어부(110b)로 입력되고, 파워 트랜지스터들(Q11, Q12)과 파워 트랜지스터(Q13 및 Q14)을 각각 구동시키기 위한 구동 신호를 생성한다. 따라서, 모터(130)는 파워 트랜지스터들(Q11, Q12) 또는 파워 트랜지스터들(Q13, Q14)의 턴온/턴오프 상태에 따라서 구동된다.The operational amplifier 100 shown in FIG. 1 has a positive input terminal connected to a bias voltage input terminal VBIAS, a negative input terminal connected to a signal input terminal VIN through a first resistor R11, and a second input terminal. The resistor R12 is connected between the negative input terminal and the output terminal. In addition, the operational amplifier 100 amplifies a voltage difference between the resistor R11 and the resistor R12 with respect to the input voltage VIN and the voltage difference between the bias voltage VBIAS and the amplification. Output the voltage. The output of the operational amplifier 100 is input to the first motor driving control unit 110a and the second motor driving control unit 110b, respectively, and drives the power transistors Q11 and Q12 and the power transistors Q13 and Q14, respectively. Generate a drive signal for the purpose. Thus, the motor 130 is driven according to the turn on / turn off states of the power transistors Q11 and Q12 or the power transistors Q13 and Q14.

그러나, 도 1에 도시된 종래의 H-브리지 형 모터 드라이버는 입력 전압의 레벨에 상관없이 출력 전압이 항상 최대 전압 즉, 전원 전압(VCC)과 연결되어 있으므로 낮은 전원 전압에서 구동할 경우에는 모터 드라이버의 파워 트랜지스터 (Q11~13)에서 소모되는 전력이 증가되기 때문에 높은 열이 발생하게 되고, 따라서 모터 드라이버 구동시 안정된 열특성을 확보할 수 없다는 문제점이 있다.However, in the conventional H-bridge type motor driver shown in FIG. 1, the output voltage is always connected with the maximum voltage, that is, the power supply voltage VCC, regardless of the level of the input voltage. Since the power consumed by the power transistors Q11 to 13 increases, high heat is generated, and thus there is a problem in that stable thermal characteristics cannot be secured when driving the motor driver.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation:PWM)를 이용하여 모터 드라이버의 출력 전압을 입력 전압에 상응하는 적절한 전원 전압으로 제어할 수 있는 H-브리지형 모터 드라이버를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an H-bridge type motor driver capable of controlling an output voltage of a motor driver to an appropriate power supply voltage corresponding to an input voltage using pulse width modulation (PWM). have.

도 1은 종래의 H-브리지 형 모터 드라이버를 설명하기 위한 회로도이다.1 is a circuit diagram for explaining a conventional H-bridge type motor driver.

도 2는 본 발명에 따른 H-브리지 형 모터 드라이버를 설명하기 위한 개략적인 블럭도이다.2 is a schematic block diagram illustrating an H-bridge type motor driver according to the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 H-브리지 형 모터 드라이버의 펄스폭 변조 제어부와 스위칭 레귤레이터형 직류-직류 변환기를 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 회로도이다.3 is a circuit diagram of a preferred embodiment for explaining a pulse width modulation control unit and a switching regulator type DC-DC converter of the H-bridge type motor driver shown in FIG. 2.

상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 따른 H-브리지형 모터 드라이버는, 도 2는 본 발명에 따른 H-브리지형 모터 드라이버를 설명하기 위한 회로도로서, 연산 증폭부(200), 저항들(R21, 22), 제1모터 구동 제어부(220a), 제2모터 구동 제어부(220b), 제1파워 트랜지스터들(Q21,Q22), 제2파워 트랜지스터들(Q23, Q24), PWM제어부(240), 직류-직류 변환부(250) 및 저항(R24) 으로 구성된다.In order to achieve the above object, the H-bridge type motor driver according to the present invention, Figure 2 is a circuit diagram for explaining the H-bridge type motor driver according to the present invention, the operational amplifier 200, resistors R21, 22), the first motor driving control unit 220a, the second motor driving control unit 220b, the first power transistors Q21 and Q22, the second power transistors Q23 and Q24, the PWM control unit 240, and the direct current. A direct current converter 250 and a resistor R24.

도 2에 도시된 연산 증폭부(200)는 바이어스 전압 입력 단자(VBIAS)와 연결된 정입력 단자와, 제1저항(R21)을 거쳐서 신호 입력 단자(VIN)와 연결된 부입력 단자를 갖고, 제2저항(R22)은 부입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된다. 연산 증폭부(200)는 입력 전압(VIN)에 대한 저항(R21)과 저항(R22)의 분배된 저항 값에 상응하는 전압과, 바이어스 전압(VBIAS)의 전압 차를 증폭하여 출력한다. 연산 증폭부(200)의 출력은 각각 제1모터 구동부(220a)와 제2모터 구동부(220b)로 입력되고, 파워 트랜지스터들(Q21, Q22)과 파워 트랜지스터들(Q23 및 Q24)를 각각 구동시키기 위한 구동 신호를 출력한다. 따라서, 모터(230)는 파워 트랜지스터들(Q21, Q22) 또는 파워 트랜지스터들(Q23, Q24)의 턴온/턴오프 상태에 따라서 구동된다. 또한, PWM제어부(240)는 소정의 기준 전압(VRES)와 모터 드라이버의 출력 전류를 비교하고, 비교된 결과에 상응하는 에러 전압을 검출하고, 직류-직류 변환부(250)는 발생된 에러 전압에 상응하여 적절한 전원 전압을 생성한다.The operational amplifier 200 shown in FIG. 2 has a positive input terminal connected to a bias voltage input terminal VBIAS, a negative input terminal connected to a signal input terminal VIN through a first resistor R21, and a second input terminal. The resistor R22 is connected between the negative input terminal and the output terminal. The operational amplifier 200 amplifies and outputs a voltage difference between the resistor R21 and the resistor R22 with respect to the input voltage VIN and the voltage difference between the bias voltage VBIAS. The outputs of the operational amplifier 200 are input to the first motor driver 220a and the second motor driver 220b, respectively, and drive the power transistors Q21 and Q22 and the power transistors Q23 and Q24, respectively. Output the drive signal for Accordingly, the motor 230 is driven in accordance with the turn on / off states of the power transistors Q21 and Q22 or the power transistors Q23 and Q24. In addition, the PWM controller 240 compares the predetermined reference voltage VRES with the output current of the motor driver, detects an error voltage corresponding to the compared result, and the DC-DC converter 250 generates the generated error voltage. To generate an appropriate supply voltage.

도 3은 도 2에 도시된 H-브리지 모터 드라이버의 PWM제어부(240) 및 직류-직류 변환부(250)를 설명하기 위한 바람직한 일실시예의 회로도이다.FIG. 3 is a circuit diagram of an exemplary embodiment for describing the PWM controller 240 and the DC-DC converter 250 of the H-bridge motor driver shown in FIG. 2.

도 3을 참조하면, PWM제어부(240)는 에러 증폭부(242), 톱니파 발진기(244), 비교기(246)로 구성되고, 커패시터(C20)는 생성된 톱니파 발진 신호의 교류 성분을 차단한다. 직류-직류 변환부(250)는 스위칭 레귤레이터형으로 PNP트랜지스터(Q25), 다이오드(D25), 코일(L25), 커패시터(C25)로 구성되고, 저항들(R32, R34)은 전원 전압(VCC)과 PWM제어부(240)에서 출력된 전압 차를 분배하기 위한 저항들이다.Referring to FIG. 3, the PWM controller 240 includes an error amplifier 242, a sawtooth oscillator 244, and a comparator 246, and the capacitor C20 blocks an AC component of the generated sawtooth oscillation signal. The DC-DC converter 250 is a switching regulator type and includes a PNP transistor Q25, a diode D25, a coil L25, and a capacitor C25, and the resistors R32 and R34 are power supply voltages VCC. And resistors for distributing the voltage difference output from the PWM controller 240.

즉, 저항(R32)과 저항(R34)은 전원 전압(VCC)과 PWM제어부(240)의 출력 사이에 직렬로 연결되된다. 또한, PNP트랜지스터(Q25)는 두 저항(R32, R34) 사이에 연결된 베이스와, 코일(L25)의 일측과 연결된 콜렉터를 갖고, 전원 전압(VCC)과 연결된 에미터를 갖는다. 다이오드(D25)는 PNP트랜지스터(Q25)의 콜렉터와 기준 전원 (GND)사이에 연결된다. 또한, 코일(L25)은 PNP트랜지스터(Q25)의 콜렉터와 출력 단자 VS사이에 연결되고, 커패시터(C25)는 출력 단자 VS와 기준 전원(GND)사이에 연결된다.That is, the resistor R32 and the resistor R34 are connected in series between the power supply voltage VCC and the output of the PWM controller 240. In addition, the PNP transistor Q25 has a base connected between two resistors R32 and R34, a collector connected to one side of the coil L25, and an emitter connected to a power supply voltage VCC. The diode D25 is connected between the collector of the PNP transistor Q25 and the reference power supply GND. In addition, the coil L25 is connected between the collector of the PNP transistor Q25 and the output terminal VS, and the capacitor C25 is connected between the output terminal VS and the reference power supply GND.

도 2에 도시된 본 발명에 따른 H-브리지형 모터 드라이버는 PWM 제어부(240)와 스위칭 레귤레이터형 직류-직류 변환기(250)를 이용함으로써 연산 증폭부(200)의 전압 입력 단자(VIN)를 통하여 입력된 전압에 상응하는 출력 전압으로 모터(230)가 구동하는 것을 가능하게 한다. 즉, 연산 증폭부(200)는 정입력 단자로 소정의 바이어스 전압(VBIAS)을 인가하고, 부입력 단자로는 저항(R21)을 거쳐서 입력 전압(VIN)을 인가한다. 즉, 바어어스 전압(VBIAS)과, 저항(R21)과 저항(R22)의 분배된 저항 값에 상응하는 입력 전압(VIN)의 차가 증폭되어 연산 증폭부(200)의 출력 단자로 출력된다.The H-bridge type motor driver according to the present invention shown in FIG. 2 uses the PWM control unit 240 and the switching regulator type DC-DC converter 250 through the voltage input terminal VIN of the operational amplifier unit 200. It is possible to drive the motor 230 to an output voltage corresponding to the input voltage. That is, the operational amplifier 200 applies a predetermined bias voltage VBIAS to the positive input terminal and applies the input voltage VIN to the negative input terminal through the resistor R21. That is, the difference between the bias voltage VBIAS and the input voltage VIN corresponding to the divided resistance value of the resistor R21 and the resistor R22 is amplified and output to the output terminal of the operational amplifier 200.

도 2에 도시된 출력 전류 검출용 저항(R24)은 모터 구동용 파워 트랜지스터들(Q22 및 Q24)의 에미터와 기준 전원(GND)사이에 연결되어 출력 전류를 검출한다. 또한, 출력 전류 검출 저항(R24)에 걸리는 전압은 PWM제어부(240)의 에러 증폭부(242)의 부입력 단자로 인가된다. 즉, 도 3에 도시된 에러 증폭부(242)는 내부에서 생성된 기준 전압(VREF)을 정입력 단자를 통하여 입력하고, 검출 저항(R24)에 걸리는 전압을 부입력 단자를 통하여 입력하고, 입력된 두 전압의 차를 증폭하여 에러 전압으로서 출력한다. 이 에러 전압은 비교기(246)의 정입력 단자로 인가되고, 톱니파 발진기(244)에서 출력된 소정의 톱니파 발진 신호가 비교기(246)의 부입력 단자로 입력되어 서로 비교되고, 비교된 결과에 상응하는 하이 또는 로우 레벨의 전압을 출력한다. 즉, 에러 증폭부(242)에서 출력된 에러 전압의 레벨이 톱니파 발진 신호의 레벨보다 더 큰 경우에 비교기(246)에서는 하이 레벨의 출력 전압을 생성하고, 톱니파 발진 신호의 레벨이 더 큰 경우에는 로우 레벨의 출력 전압을 생성한다. 이 때 비교기(246)의 출력은 스위칭 제어 신호로서 저항들(R32 및 R34)에 분배된 전원 전압(VCC)에 상응하는 전압으로 출력되어 트랜지스터(Q25)의 베이스로 인가된다. 따라서, PNP트랜지스터(Q25)가 구동되어 코일(L25), 다이오드(D25), 커패시터(C25)로 이루어진 스위칭 레귤레이터 형 직류-직류 변환기(250)의 출력 전압(VS)을 모터 구동 트랜지스터들(Q21, Q23)의 콜렉터에 인가한다.The output current detecting resistor R24 shown in FIG. 2 is connected between the emitters of the motor driving power transistors Q22 and Q24 and the reference power supply GND to detect the output current. In addition, the voltage applied to the output current detection resistor R24 is applied to the negative input terminal of the error amplifier 242 of the PWM controller 240. That is, the error amplifier 242 shown in FIG. 3 inputs the internally generated reference voltage VREF through the positive input terminal, inputs the voltage applied to the detection resistor R24 through the negative input terminal, and inputs the same. The difference between the two obtained voltages is amplified and output as an error voltage. The error voltage is applied to the positive input terminal of the comparator 246, and the predetermined sawtooth oscillation signal output from the sawtooth oscillator 244 is input to the negative input terminal of the comparator 246 and compared with each other, and corresponds to the result of comparison Outputs a high or low level voltage. That is, when the level of the error voltage output from the error amplifier 242 is greater than the level of the sawtooth oscillation signal, the comparator 246 generates a high level output voltage, and when the level of the sawtooth oscillation signal is larger. Generate a low-level output voltage. At this time, the output of the comparator 246 is output as a switching control signal at a voltage corresponding to the power supply voltage VCC distributed to the resistors R32 and R34 and applied to the base of the transistor Q25. Accordingly, the PNP transistor Q25 is driven to output the output voltage VS of the switching regulator DC-DC converter 250 including the coil L25, the diode D25, and the capacitor C25. To the collector of Q23).

따라서, 스위칭 레귤레이터 형 직류-직류 변환기(250)의 출력 전압이 출력 파워 트랜지스터들(Q21, Q23)의 전원 전압으로 인가됨으로써 입력단의 연산 증폭부(200)에 입력되는 입력 전압(VIN)에 상응하는 출력 전원 전압을 발생할 수 있게 된다. 즉, 출력 단의 파워 트랜지스터(Q21, Q22, Q23, Q24)에서 콜렉터와 에미터 사이의 전압을 적절히 유지하고, 적절한 전압으로 모터(230)를 구동시킴으로써 H-브리지 형 모터 드라이버에 열이 발생하는 것을 감소시킬 수 있다.Therefore, the output voltage of the switching regulator DC-DC converter 250 is applied to the power supply voltages of the output power transistors Q21 and Q23 to correspond to the input voltage VIN input to the operational amplifier 200 of the input terminal. Output power voltage can be generated. That is, in the power transistors Q21, Q22, Q23, and Q24 of the output stage, the voltage between the collector and the emitter is properly maintained, and the motor 230 is driven with the appropriate voltage to generate heat in the H-bridge type motor driver. Can be reduced.

본 발명에 따르면, 입력 전압에 상응하는 모터 드라이버의 출력 전압을 생성하도록 제어하는 것이 가능하므로 모터 구동시 발열을 최소화할 수 있기 때문에 모터 드라이버 구동시 안정된 열특성을 확보할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, since it is possible to control to generate the output voltage of the motor driver corresponding to the input voltage, it is possible to minimize the heat generation when driving the motor has the effect of ensuring a stable thermal characteristics when driving the motor driver.

Claims

Operational amplifying means for inputting a bias voltage through a positive input terminal, inputting an input voltage through a negative input terminal, and amplifying and outputting the input voltage;

Motor drive control means for receiving an output of the operational amplifier means and generating a drive signal for driving a predetermined motor;

One or more N power transistors having a gate connected to an output of the motor driving means and a collector connected to a predetermined output power supply voltage;

Output current detection means connected between an emitter of the Nth connected motor driving transistor and a reference power source to detect an output current;

Pulse width modulation control means for comparing an error signal generated by amplifying the detected voltage with a reference voltage and a predetermined sawtooth oscillation signal, and outputting the compared result as a switching control signal; And

And a direct current to direct current conversion means for generating an output power supply voltage corresponding to the input voltage in response to the switching control signal.