KR20010003949A

KR20010003949A - 직류모터 구동장치의 제어회로

Info

Publication number: KR20010003949A
Application number: KR1019990024503A
Authority: KR
Inventors: 김득수
Original assignee: 김득수; 주식회사 파워트론
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR100304056B1

Abstract

본 발명은 가역운전이 가능한 중소형급 직류모터 구동장치의 제어회로에 관한 것으로 토오크센서로부터 제어력신호(Ts)을 받아 EPS 모터에 회전방향과 속도, 힘을 결정할 수 있는 전류를 공급하여 주는 직류모터 구동장치의 제어회로에 관한 것이며 액셀레이타 신호(Ts)를 받아 100∼300㎏급의 견인차량을 전.후진 시키는 주행모터의 구동장치에도 적용할 수 있는 것이다. 8비트 원칩 콘트롤러(MPU)의 아나로그 입력단에는 제어력신호(Ts)가 공지의 버퍼 및 분압회로를 통해 입력단자(ADO)에 연결되고 주전원(48V DC)은 저항(R4,R5)에서 분압되어 입력단자(AD1)에 연결되며 구동장치의 출력전류신호는 분류기 (Shunt)에서 검출되고 공지의 증폭회로에서 증폭되며 버퍼를 통해 입력단자(AD2)에 입력된다. 또, 상기 출력전류 신호를 공지의 비교회로에 의하여 출력의 과전류 상태를 검출하여 MPU의 인터렙트단자(INT)에 연결한다. 한편 MPU의 출력단 PWM 출력단자에서는 모터 속도제어에 필요한 PWM펄스폭을 가진 PWM펄스를 출력케하고 다른 2개의 출력단자에서는 모터의 전후동작방향의 가역을 결정할수 있는 FET1, FET2의 구동출력을 출력케한다. 키스윗치(K.S)가 ON 되면 MPU는 내장된 프로그램을 수행하고 각 과정이 실행됨으로써 보조전원 트랜지스터구동, 초기자체진단, PWM 출력제어, 과부하시 전류제한 및 센서고장감지등 조향장치나 견인장치의 직류모터구동에 기본적으로 필요한 제어동작을 구현할 수 있다.

Description

직류모터 구동장치의 제어회로{Control Circuit of Direct Motor Operating Device}

본 발명은 가역운전이 가능한 중소형급 직류모터 구동장치의 제어회로에 관한 것으로 토오크센서로부터 제어력 신호(Ts)을 받아 EPS 모터에 회전방향과 속도, 힘을 결정할 수 있는 전류를 공급하여 주는 직류모터 구동장치의 제어회로에 관한 것이며 액셀레이타 신호(Ts)를 받아100∼300㎏급의 견인차량을 전.후진 시키는 주행모터의 구동장치에도 적용할 수 있는 것이다.

전기차나 포크리프트(Fork-Lift)의 조향장치로서 과거에는 유압을 이용한 조향장치를 사용하여 왔으나, 전기식 조향장치(EPS)는 모터가 핸들 조작시에만 작동하여 에너지가 절약될 뿐만 아니라, 저소음이며 조향감각이 우수하고 강력한 힘을 얻을 수 있기 때문에 유압식 조향장치가 대부분 전기식 조향장치로 대체 되어 가고 있어, 중소형급 직류모터 구동장치의 수요가 증가되고 있다.

또, 최근 100∼300㎏급의 견인차량(Golf Cart 또는 장애인차량)에 사용되는 가역운전이 가능한 주행모터구동장치의 수요도 증가하고 있다.

상기의 전기식 조향장치는 도 1에 표시한 바와 같이 조향용 모터(EPS Motor)와 모터 구동장치, 센서, 액츄에이터 또는 스티어링기어, 감속기어 등으로 구성되며 핸들을 조작하면 토오크센서가 제어력을 출력하여 EPS 모터 구동장치에 제어력신호(Ts)를 보내고, 구동장치는 이 신호(Ts)에 의해 EPS 모터의 회전방향과 속도, 힘을 결정하여 조향에 필요한 전류를 EPS 모터에 공급하며, 따라서 EPS 모터는 원하는 회전 방향으로 회전하게 되고 이 힘은 감속기어를 통해 바퀴의 방향을 움직이는 액츄에이터 또는 스티어링기어에 전달되어 직선운동으로 변환되고 조향액슬을 작동시킨다.

이러한 모터 구동장치의 제어회로는 도 2에 도시한 바와같이 공지의 연산증폭기 및 레벨비교기(Comparator), 로직게이트등 으로 구성된 하드웨어회로와 모터구동에 필요한 기능과 속도를 제어할 수 있도록 이에 필요한 보조 전원공급회로, 초기구동회로, 과전류 Shut Down(차단)회로, PWM 발생회로 및 제어력센서(Ts) 고장 감지회로등으로 구성되었는바 이를 블록도에 따라 설명하면 다음과 같다.

초기구동회로는 단자(1)(도면에서는 단자의 부호를 원문자로 표기하였음)에 ＋48V 또는 ＋24V 직류전원이 인가되면 단자(2)를 통하여 구동 트랜지스터의 베이스 신호가 나와서 릴레이(X1)를 구동시키고 DC 48V나 24V가 단자(3)으로 전달되고, 외부의 전원공급IC를 구동시켜 제어회로의 구동전압 Vcc를 단자(4)로 공급한다.

단자(23)(24)는 보조전원 회로 출력으로 30%정도의 ON 주기를 가진 PWM 필스를 발진회로에서 만들어 트랜지스터를 구동시켜 FET 구동회로의 보조전원을 만들게 된다.

또한, 제어력센서(Ts) 고장감지회로는 제어력신호(Ts)를 받아 레벨비교기 (Comparator)로써 제어력센서의 전원(Vcc)이 12V인 경우에서 센서가 정상상태에서 출력될수 없는 범위 즉 대개 제어력신호(Ts)가 1V이하이거나 11V이상 되는 레벨을 검출하여 이 신호가 검출되면 센서고장으로 간주하여 고장신호를 발생시킨다.

PWM 발생회로는 제어력신호(Ts)가 중앙레벨인 P1(대개5V), P3(대개7V) 사이에서는 모터에 흐르는 전류가 0(영)이 되도록 PWM 펄스폭을 최소로 출력하고 P1, P2(3.3V) 또는 P3, P4(8.7V) 구간에서는 정 또는 역방향으로 제어력신호(Ts) 크기에 비례한 전류가 모터에 흐를수있도록 FET 모듈의 FET1, 2, 3, 4를 구동시키는 FET 구동회로 입력에 각각의 PWM 펄스를 발생하여 인가한다. 정방향으로 전류 발생시는 FET1이 계속 ON 되고 FET4에 제어력신호(Ts) 크기에 비례하여 PWM 주기를 가진 펄스를 인가하여 모터가 연결될 구동장치의 출력 양단자(A-AA)의 출력의 크기를 조절한다. 역 방향으로 전류발생시는 FET2를 계속 ON시키고, FET3에 제어력신호 (Ts) 크기에 비례하여 조절된 PWM 펄스를 인가한다.

또한, 제어력신호(Ts) 값이 3초이상 동안 P2 레벨 이하이거나 P4 레벨이상인 상태로 입력되어 모터에 최대전류가 공급될 경우에는 조향바퀴가 최대위치에 있던가 조향장치가 고장인 경우이므로 3초후에 즉시 FET 드라이브에 인가되는 PWM 출력을 블록시켜 출력을 차단하여 모터 구동장치 및 모터가 과열되는 것을 방지하여야 한다.(도 5 참조)

과부하시 차단(Shut Down) 회로는 EPS 모터로 흐르는 DC전류가 도 2의 화살표 방향대로 분류기를 통해 흐르면 증폭기를 통해 수V 레벨로 증폭되고 레벨비교 검출기를 통해 이 신호가 검출될 시 로직회로를 통하여 FET 구동용 PWM 파형 출력을 블록킹 시킨다.

그러나 이러한 종래의 모터구동장치의 제어회로는 하드웨어만으로 구성되어 있기 때문에 회로가 너무 복잡하여 원가상승의 원인이 되고 기능의 추가나 검출레벨의 수정시 부품을 교체하여야 하는 단점이 있었다.

특히, 조향바퀴의 마찰증가로 인한 과부하시나 모터의 구속으로 인한 과부하 또는 모터 고장으로 인한 단락등을 적절히 선별하여 EPS 시스템의 정상동작으로 인한 과부하시는 모터 구동장치의 과부하내량 한도내에서 최대전류를 흘려줄 수 있어야 하고, 조향장치 이상에 의한 모터의 구속상태나 고장시에는 즉시 PWM출력을 Shut Down 시켜야 하므로 상술한바 있는 하드웨어로써 이를 구현하기에는 어려움이 많았다.

본 발명은 이러한 단점을 보완하여 보조전원 트랜지스터 구동회로 및 초기 구동회로, 과부하 전류 제한회로, 센서 고장감지회로 및 PWM 발생회로, 구동장치 (CHOPPER)의 이상등 각종 동작 상태의 이상감지 및 표시회로의 제반기능을 8비트 원칩 콘트롤러(8Bit One Chip Controller ; 이하 MPU라고 약칭한다.)를 사용하여 소프트웨어로써 구현함으로써 직류모터 구동장치의 제어회로를 크게 단순화시켜 원가를 줄이고 과전류 검출레벨, 센서의 고장레벨등 각종검출 동작레벨을 용이하게 수정할 수 있도록 한 것으로 도 3에 의거 이를 상세히 설명하면 아래와 같다.

도 1은 전기식 조향장치 계통도.

도 2는 모터구동장치의 제어회로 블록도.

도 은 본 발명의 제어회로도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 MPU내장 프로그램의 플로우챠트.

도 5는 제어력신호(Ts)전압의 도표와 그래프.

8비트 원칩 콘트롤러(MPU)의 아날로그 입력단에는 제어력신호(Ts)가 공지의 버퍼 및 분압회로를 통해 입력단자(ADO)에 연결되고 주전원(48VDC)은 저항(R4,R5)에서 분압되어 입력단자(AD1)에 연결되며 구동장치의 출력전류신호는 분류기(Shun t)에서 검출되고 공지의 증폭회로에서 증폭되며 버퍼를 통해 입력단자(AD2)에 입력된다.

또 상기 출력전류 신호를 공지의 비교회로에 의하여 출력의 과전류 상태를 검출하여 MPU의 인터렙트단자(INT)에 연결한다. 한편 MPU의 출력단 PWM 출력단자에서는 모터 속도제어에 필요한 PWM펄스폭을 가진 PWM펄스를 출력케하고 다른 2개의 출력단자에서는 모터의 전후동작방향의 가역을 결정할수 있는 FET1, FET2의 구동출력을 출력케한다.

한편 FET1, FET2 구동회로의 구동트랜지스터를 MPU의 또 다른 PWM출력단자에 연결하여 FET1, FET2의 구동회로 보조전원의 주 스위칭소자의 스위칭신호로 사용할수 있도록 한다.

MPU 내부에는 프로그램이 내장되어 외부 인터럽트 신호가 MPU에 입력될 때 과전류 제한 동작을 위한 인터럽트루틴이 수행되고 초기화 과정에서 결정된 타이머 (Timer) 인터럽트 신호검출시 타이머 인터럽트루틴이 수행되며 검출된 제어력신호 (Ts)의 레벨에 따라 PWM제어 패턴을 설정하여 해당 루틴을 수행하도록 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 구동장치의 제어회로를 동작순서에 따라 설명하면 다음과 같다.

구동장치를 작동하기 위해 주전원(main DC)의 키스위치(K.S)를 ON시키면 MPU는 주 전원전압레벨이 직렬연결된 저항(R4, R5)로 분압되어 발생된 신호를 받아 주전원(대개 48V)의 이상유무와 FET소자의 초기 이상 상태를 파악하여 주회로 콘택터(MS)를 연결시킨다. 제어력신호(Ts)는 0∼12V의 범위로 입력되는데 집접회로 IC1A 및 IC1B로 구성된 공지의 버퍼회로에 의하여 0∼5V 레벨로 분압한후 MPU의 아날로그 입력단자(AD0)에 입력된다.

FET 모듈(Module)의 FET1, FET2는 모터의 전.후 회전방향을 결정하는데, 이의 구동회로 구성에 있어 제어전원(Vcc)과 절연된 2조의 전원(15V)이 필요하므로 공지의 SMPS(Switching mode Power Supply)의 주스윗칭 트랜지스터 Q5의 베이스에 30% 정도의 ON 주기를 가진 PWM 펄스를 MPU내에서 발생시켜 PWM 출력 포트2(Port)를 통해 인가한다.

FET모듈의 FET1,3나 FET2,4가 동시에 도통되어 암(Arm) 단락전류가 생긴 경우나 모터의 운전전류가 허용치 이상(130%정도)으로 증가하여 과전류가 발생할 경우에는 분류기(Shunt)에서 최대150㎷ 레벨로 검출하여 집접회로 IC1C 및 IC1D로써 구성된 공지의 연상증폭회로로써 수V 레벨로 증폭한후 집접회로 IC2A 및 저항R12, 콘덴서C6 으로 구성된 버퍼를 통해 MPU의 또 다른 아날로그 입력단자(AD2)로 입력되어 우선적으로 과전류 제한 동작을 수행한다.

또한 수V 레벨로 증폭된 전류신호가 집접회로 IC2B 및 저항R13,14,15로써 구성된 비교회로에서 150% 이상인 레벨까지 계속적으로 상승하면 MPU에 외부 인터럽트 신호를 주어 약 10회 후에 FET 모듈의 PWM출력을 한시 차단시키고 주회로의 콘택터(MS)를 OFF시켜 전원을 차단시킨다.

FET 모듈의 암단락(Arm Short)이나 모터의 단락인 경우에 분류기의 전류가 순시에 급격히 증가되므로 전류의 피이크치가 200% 이상이 되면 집접회로 IC2C 및 저항R18,19,20,21로써 구성된 비교회로가 이를 감지하여 Low 출력(Curr. INT)이 나오면 집접회로 IC3C, IC3D의 로직게이트의 출력이 Low로 되고 순시에 공지의 FET 구동회로가 하드웨어로써 블로킹되어 순간적이라도 전류가 설정된 레벨이상 증가되지 못하게 작동한다.

MPU 각 출력포트는 전술한바있는 기능 및 역할을 수행할 수 있도록 배치되어 트랜지스터 어레이 집접회로 IC4를 통해 전류증폭되어 최종 출력신호단으로 연결되어 있고, MPU가 초기화 과정을 통해 프로그램이 수행되면 전술한바있는 하드웨어 회로와 동일상태로 모터를 회전시킬수 있는 PWM 펄스를 출력하며 모터의 구속 상태나 고장시에 적절히 Shut Down 시키고 'CHOPPER ERROR', 'MP ON', '과전류', 'Ts ERROR'등과 같은 고장상태를 LED로써 간단히 표시할 수 있게 된다. 토오크센서로 부터의 제어력신호(Ts)를 액셀레이터신호(Ts)로 대치하면 상기의 EPS모터 구동장치의 제어회로를 100∼300㎏급의 견인차량을 전후진시키는 주행모터의 구동장치제어회로로 사용할수 있다.

MPU내에서 프로그램이 수행되는 과정은 다음과 같다.

우선 도 4a에서 보인 것처럼 전원을 인가하게 되면 MPU는 단계⑴ 초기화(Initializ e) 과정을 수행하는데 이 루틴에서는 MPU의 각 포트의 초기출력상태를 결정하고 입력 또는 출력으로 사용할 각 포트를 정해주며 MPU내에 내장된 8Bit A/D 변환기(A/D CONVERTER)의 A/D 변환에 필요한 특수 레지스터의 각 비트(Bit)값을 결정한다. 또 도 4c의 타이머 인터렙프트의 검출 주기도 초기화⑴ 과정에서 결정된다.

이 초기화 과정⑴이 끝나면 타이머 인터렙프트가 가능상태(Enable)가 되어 제어력신호(Ts) 검출과정을 시작하는데 도 4c의 타이머 인터렙프트는 도 4a의 초기화 과정⑴에서 설정된 타이머 인터렙프트 주기마다 메인루틴 실행 도중이라도 타이머 인터렙프트과정을 수행해야 할 인터렙프트를 뜻하며 따라서 타이머 인터렙프트 주기마다 제어력신호(Ts)을 아날로그 입력단자 AD0에서 검출하고 아날로그 입력단자 AD2에서는 모터구동전류를 검출하여 도 4c의 ⑾전류제한값에 따른PWM 제어변수(PWM ERROR)값을 조정하는 역할을 한다.

제어력신호(Ts)나 분류기에서 검출된 전압이 MPU의 아날로그 입력단자(AD0 ∼ AD2)를 통해 변환되는 과정을 상세히 설명하면, MPU에는 8Bit의 A/D 변환기(A/D CONVERTER)가 6채널(Channel) 내장되어 있는데 MPU가 제어력신호(Ts) 값을 인식하기 위해 먼저 MPU 내부의 멀티플랙서(MUX)를 아날로그 입력단자 AD0에 연결되도록 채널을 바꾸고 정확한 값을 입력받기 위해 대개 30usec의 샘플홀드 시간을 갖는데 이는 MPU 내부의 콘덴서에 제어력신호(Ts)가 현재 입력되고 있는 값으로 안정화 되는데 걸리는 시간이다.

역시 구동회로 출력단자인 A, AA의 전압레벨 신호는 아날로그 입력단자 AD3,4로 입력되어 멀티플랙서의 채널 제어 신호를 받아 A/D변환기에 연결된다. 멀티플랙서(MUX)에 의해 AD 변환기에 연결된 아날로그 값은 각각 8비트의 디지털 신호 값으로 바뀌게 된다.

한편 초기화 과정⑴이 끝나면 외부 인터럽트도 가능상태(Enable)로 되어 외부 인터렙프트 단자(INT)로부터 'HIGH' 신호가 입력되면 도 4c의 외부 인터럽트 루틴과정을 수행하게 되는데 외부 인터렙프트 동작과정에 관하여는 전류제한(Current Limit) 동작시에 자세히 설명한다.

초기화 과정⑴을 거친후 MPU는 ⑵∼⑸과정인 자체 진단루틴을 수행하게 되는데 우선 주전원(Main Power)의 전압레벨이 R4와 R5에 의해 분배되어 아날로그 입력단자 AD1을 통하여 검출된 후 정상(보통 24V 이상)이라면 MP LED(MAIN POWER LED)를 ON 시킨 후 다음 과정을 진행하고 만약 비정상이라면 MP LED를 켜지 않고 더 이상의 프로그램수행을 진행하지 않는다.

이후 MPU는 ⑸의 CHOPPER 이상유무 진단과정을 수행하게 된다. 도 3에서의 구동장치의 정회전 선택 출력단자 PORT6에 'HIGH' 신호를 진단시간(수 μ초)동안 인가하면 집적회로 반전버퍼 IC4의 출력단자 O1에서는 'LOW' 신호가 출력되고 공지의 FET구동회로인 포토 커플러 PC2를 동작시켜 FET1이 구동되므로 모터의 한쪽 단자인 'A'점의 전압이 48V(24V)가 되고 R42와 R43의 저항 분압기를 통해 약 5V신호가 레벨로 변환되어 아날로그 입력단자 AD3를 통해 'HIGH'가 검출되는지 확인한다. 다시 역회전 선택 출력단자 PORT7에 'HIGH' 신호를 진단시간 인가하면 동일과정을 통하여 FET2가 도통이 되므로 'AA'점의 전압이 R44와 R45의 저항 분압기를 통해 약 5V신호로 변환되어 아날로그 입력단자 AD4를 통해 'HIGH'로 검출되는지를 파악한다.

또한 PWM 출력단자 PORT1과 정회전 선택 출력단자 PORT6에 'HIGH'신호를 인가하면 집적회로 게이트 IC3B와 IC3D의 출력이 'HIGH'가 되어 공지의 구동회로를 통하여 FET4가 도통되므로 'AA'점의 전압은 아날로그 입력단자 AD4를 통해 0V가 검출되게 된다. 같은 원리로 PWM 출력단자 PORT1과 역회전 선택 출력단자 PORT7에 'HIGH'신호를 인가하면 동일과정을 통해 FET3가 도통되어 'A'점의 전압은 아날로그 입력단자 AD3를 통해 0V의 신호가 검출되어야 한다. 이상 네가지 조건을 모두 만족하면 FET 모듈은 정상이므로 주전원 콘텍터(이후 MS라 함)를 ON시키기 위해 릴레이 구동출력단자 PORT8에 'HIGH'를 출력하여 MS를 ON 시키고 다음 단계⑹로 프로그램이 수행되지만, 상기 4조건을 전부 만족치 못하면 FET 모듈은 정상이 아니므로 CHOPPER ERROR LED가 점등되고 프로그램은 더 이상 진행되지 않는다.

이상의 자체 진단과정을 마치고 나면, MPU는 제어력신호(Ts)를 검출하여 '도 5에 도시한 Ts 전압에 대한 전압 전류 그래프'에서 지정한 전류를 흘릴수 있도록 PWM 출력을 제어하는 ⑹이하의 메인 프로그램을 실행하게 된다. 우선 제어력신호(Ts)를 R2와 R3의 저항분압기 및 버퍼 회로를 통해 아날로그 입력단자 AD0에서 인지하여 제어력신호(Ts)가 정상범위인 1.0V∼11V 이내인지 MPU내의 ALU에서 검사한다. 만약 위의 범위에서 벗어난다면 제어력신호(Ts)를 출력하는 토오크센서는 불량이므로 반전 버퍼 IC4 입력단자 I6에 신호를 주어 TS ERROR LED를 점등시키고 도 4a에서 보듯이 정상 범위 이내가 될 때까지 프로그램은 다음 단계⑼로 진행하지 않고 도 4a의 ⑹∼⑺의 과정을 반복 수행하게 된다.

제어력 신호(Ts) 전압이 정상범위일 경우 단계⑼ 이하의 과정을 수행하는데 각 제어력신호(Ts) 전압에 따른 FET구동 및 동작에 대해 도 5에 의하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

첫째, 제어력신호(Ts)가 5V ∼ 7V 범위인 경우에는 모터가 정지된 구간이므로 FET1,2,3,4를 모두 OFF시킨다.

둘째, 제어력신호(Ts)가 7V ∼ 8.7V의 범위내에서는 모터가 정회전하는 구간이므로 정회전 선택 출력단자 PORT6는 'HIGH'를 역회전 선택 출력단자 PORT7은 'LOW'를 출력하여 공지의 FET구동회로를 통해 FET2는 OFF되고 또 집적회로 IC3A와 IC3C출력이 'LOW'가 되므로 FET3 역시 OFF된다. 집적회로 반전버퍼 IC4의 출력단자 O1은 'LOW'이므로 FET1은 ON되고 FET4는 PWM 출력단자 PORT1에서 발생된 제어된 PWM에 의해 구동되어 모터는 정회전하게 된다. 이 때 PWM 출력단자 PORT1에서 발생되는 PWM 펄스폭은 제어력신호(Ts) 레벨에 준하여 제어되며 '(TS전압-7V)×K_P'에 의해 얻어진 값으로 K_P는 도 5의 7V∼11V범위의 기울기에 해당하는 1차 함수이다.

셋째, 제어력신호(Ts)가 3.3V ∼ 5V의 범위내에서는 모터가 역회전하는 구간이므로 정회전 선택 출력단자 PORT6는 'LOW'를 출력하고 역회전 선택 출력단자 PORT7은 'HIGH'를 출력하면 위와 같은 원리로 집적회로 반전버퍼 IC4의 출력단자 01과 02를 통해 FET1과 FET4는 OFF되고 FET2는 ON 되고 FET3는 PWM 출력단자 PORT1에서 발생된 펄스폭이 제어된 PWM 출력에 의해 구동되어 모터는 역회전하게 된다. 역시 PWM 출력단자 PORT1에서 발생되는 제어력신호(Ts) 레벨에 준하여 제어되며 PWM 펄스폭은 'TS전압 ×K_P'에 의해 얻어진 값으로 K_P는 도 5의 3.3V ∼ 5V범위의 기울기에 해당하는 함수이다.

넷째, 제어력신호(Ts)가 8.7V ∼ 11V인 경우와 1V ∼ 3.3V인 경우는 정방향 혹은 역방향으로의 전류 제한 동작이 작동되면서 모터에 최대전류가 공급되는 경우인데, 전술한 바와 같이 이는 조향바퀴가 최대위치에 있거나 조향바퀴가 고장인 경우이므로 3초 이상 이 상태가 지속되면 즉시 PWM 출력을 OFF시켜 모든 FET를 OFF 시키며 과전류 LED를 점등한 후 프로그램을 종료하게 된다.

본 발명에서는 전류제한(Current Limit) 기능수행을 소프트웨어와 하드웨어의 2중으로 제어하여 어떠한 조건에서도 구동장치의 소손을 방지하고 있는바, 하드웨어 전류제한(Current Limit) 기능은 앞서 설명한 바와 같이 모터전류는 분류기에서 0∼150mV의 레벨로 검출하여 집적회로 IC1C와 IC1D 및 저항 R6∼11로 구성된 공지의 연산증폭회로로 수V 레벨로 증폭한 후 전류가 정상 구동전류 이상으로 증가할 경우, 1차적으로 집접회로 IC2C 및 저항 R18,19,20,21로 구성된 비교회로가 이를 감지하여 이의 출력이 'LOW'가 되면 집적회로 IC3C와 IC3D의 로직게이트의 출력이 'LOW'로 되어 순시에 공지의 FET구동회로가 블록되어 순간적이라도 전류가 설정된 레벨이상 증가되지 못하게 작동한다.

한편 공지의 연산증폭회로로 증폭된 전류 신호가 2차적으로 집접회로 IC2A 버퍼를 통해 MPU의 아날로그 입력단자 AD2에서 과전류로 인지되면 PWM 출력단자 PORT1의 PWM값을 줄여 주도록 MPU는 도4b의 전류제한 동작인 ⑽이하의 과정을 수행하게 된다. ⑽이하의 과정을 살펴보면 아날로그 입력단자 AD2의 검출전류(CURR)를 MPU내의 레지스터에 설정된 전류제한값과(LIMIT) 비교하여 검출전류(CURR)가 더 크다면 두 전류에의 차에 해당하는 에러값만큼 PWM 출력단자 PORT1에서 출력되는 PWM 펄스폭을 줄여주는 동작을 하며, 이때 이러한 상태가 15초 이상 지속된다면 이는 조향바퀴의 마찰증가로 인한 과부하거나, 모터의 구속으로 인한 과부하상태이므로 즉시 PWM 출력을 OFF 시켜 모든 FET를 OFF하며 과전류 LED를 점등한 후 프로그램 수행을 종료한다. 마지막으로 모터고장으로 인한 단락과 같이 전류가 급상승하는 경우에는 즉시 출력을 Shut Down시켜야 하므로 집적회로 IC1D의 출력을 집적회로 IC2B 및 R13∼15로 구성된 비교회로에서 비교하여 200% 이상으로 급상승한 경우 'HIGH' 신호를 출력하고 MPU 외부 인터럽트 입력단자 INT에 'HIGH' 신호를 가해주면 즉시 MPU는 도 4c의 외부인터럽트 루틴을 실행하여 PWM 출력단자 PORT1의 PWM 펄스 발생을 중단하고 모든 FET를 OFF시키며 과전류 LED를 점등한 후 프로그램을 종료하도록 하여 구동장치에 손상이 가지 않도록 하며 이 경우에는 프로그램 수행이 종료되어 있으므로 전원을 끄고 다시 처음부터 시작하여야 한다.

또 FET1, FET2의 구동회로에는 제어전원(Vcc)과 절연된 2조의 보조전원(15V) 발생회로가 필요하므로 보조전원회로의 주스윗칭소자 트랜지스터 Q5의 베이스는 MPU의 또다른 PWM 출력단자 PORT2에 연결되어 있는데, MPU가 초기화 과정⑴ 실행시 MPU내의 특수레스터에 비트 값을 지정하여 30%정도 ON 주기를 가진 2KHz의 PWM 펄스가 계속적으로 보조전원용 PWM 출력단자 PORT2에 출력되도록 한다.

이상과 같이 키스윗치(K.S)가 ON 되면 MPU는 도 4의 프로우차트와 같이 프로그램을 수행하고 각 과정이 실행됨으로써 보조전원 트랜지스터구동, 초기자체진단, PWM 출력제어, 과부하시 전류제한 및 센서고장감지등 조향장치나 견인장치의 직류모터구동에 기본적으로 필요한 제어동작을 구현할 수 있음은 물론, 간단한 프로그램을 추가하여 각종 자기진단에 필요한 기능을 얻을 수 있어 하드웨어회로가 단순화되어 원가를 절감할 수 있으며, 과전류 검출 및 센서고장검출이 소프트웨어의 실행으로써 얻어지므로 하드웨어의 수정 없이 사용코저 하는 용도에 맞게 용이하게 이의 검출레벨을 수정할 수 있으며 하드웨어를 많이 추가하지 않고 간단히 각종 자기진단에 필요한 기능을 탑재할 수 있는 장점을 갖게 되는 것이다.

Claims

각종 동작상태의 이상감지 및 표시회로의 제반기능이 하드웨어로 구성되어 모터의 가역운전이 가능한 중소형직류 모터 구동장치의 제어회로에서 8비트 원칩콘트롤러(MPU)를 사용하여 이에 내장된 프로그램의 수행에 따라 역할에 정해지는 MPU의 아나로그 입력단에는 공지으 버퍼 및 분압회로를 통한 제어신호(TS), 저항 R4, R5에서 분압되는 주전원(DC) 및 분류기에서 검출되어 공지의 증폭회로로 증폭되고 버퍼를 통한 구동장치의 출력전류신호가 MPU의 각 입력단자(AD0∼AD2)에 입력되고 상기 출력전류신호를 공지의 비교회로 로서 출력의 전류상태를 검출하여 MPU의 인터럽트단자(INT)에 연결되고 MPU의 출력단에는 모터속도제어에 필요한 PWM 펄스폭을 가진 PWM펄스를 PWM 출력단자에서 출력케하고, 또 다른 2개의출력단자에서 모터의 전후동작방향을 결정할수 있는 FET1, FET2의 구동출력을 출력할수 있도록 상기 MPU의 각 입출력포트를 연결하여 MPU내장 프로그램과 연동하여 직동되는 것을 특징으로 하는 중소형 직류모타 구동장치의 제어회로.
제1항에 있어서 FET1, FET2를 구동하는 구동회로의 구동트랜지스터를 MPU의 또다른 PWM출력단자에 연결하여 초기화 과정에서 30%정도의 펄스폭을 가진 PWM 펄스를 발생케함으로써 이를 FET1, FET2의 구동회로 보조전원의 주스윗칭소자의 스윗칭신호로 사용함을 특징으로 하는 중소형 직류모타 구동장치의 제어 회로.
제1항에 있어서 MPU내장프로그램은 MPU의 인터럽트단자(INT)에 외부인터럽트신호가 입력될 때 과전류제한동작을 위한 인터럽트루틴이 수행되고, MPU의 아날로그입력단자(AD₀AD₂)에서 초기화 과정시 결정된 Timer 인터럽트신호 검출로 Timer 인터럽트루턴이 수행되며, 검출된 제어신호(TS)의 레벨에 따라 PWM제어패턴을 설정하여 해당된 루턴을 수행케 함으로써 모터의 가역운전제어를 가능케 함을 특징으로 하는 중소형 직류모터 구동장치의 제어회로.