KR20010021960A

KR20010021960A - 직류 모터 제어 회로

Info

Publication number: KR20010021960A
Application number: KR1020007000525A
Authority: KR
Inventors: 케슬러마르틴; 프라이스칼-하인리히
Original assignee: 클라우스 포스, 게오르그 뮐러; 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2001-03-15
Also published as: DE19732094A1; WO1999005763A1; JP2001511636A; EP0998776A1; ES2173616T3; JP4129118B2; DE59803208D1; EP0998776B1; US6963183B1; KR100567152B1

Abstract

본 발명은 역극 보호 장치를 가지는 직류 모터를 위한 제어 회로에 관한 것이다. 상기 역극 보호 장치의 출력 손실을 줄이기 위해 상기 역극 보호 장치는 상기 전해 커패시터와 프리-휠링 다이오드의 전기 회로에 연결되어 있다.

Description

직류 모터 제어 회로{Control circuit for a direct current motor}

상기 종류의 제어 회로는 공지된 것으로 간주되고 있다. 이 경우 이용 가능한 역극 보호 장치는 DE 39 24 499 A1에, 특히 거기에 제공된 도 4D와 관련하여 공지된 것으로 증명된다. 배터리 전압을 공급받는 직류 모터에 있어서 상기 종류의 역극 보호 장치의 이용 시에 배터리 전압이 잘못된 극성을 가질 경우 단락(short)이 상기 프리-휠링 다이오드와 상기 직류 모터의 클록 제어를 위해 제공되는 출력-모스-페트(performance-Mos-Fet)의 인버스다이오드(inverse diode)에 의해 저지된다. 또한 역극 발생 시에 상기 제어 회로에 제공된 전해 커패시터가 파손되는 현상이 상기 역극 보호 장치에 의해 회피된다. 공지의 제어 회로에서 상기 역극 보호기가 모터-전류 공급의 공급부 또는 도출부에 연결되어 있다. 따라서 종래의 역극 보호 장치는 그에 상응하는 크기의 출력 손실에 대해 설계되어 있다.

본 발명은 다이오드와 병렬로 연결된 트랜지스터 스위치(transistor switch)를 가지는 역극 보호 장치(reverse pole protection device)와 프리-휠링 다이오드(free-wheeling diode), 직류 모터와 병렬 연결된 전해 커패시터를 가지는 직류 모터 제어 회로에 관한 것이다.

도 1은 하나의 스위칭 장치가 그 플러스 분기부(plus branch)에 위치하는, 역극 보호기를 가지는 직류 모터를 위한 제어 회로의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 2는 하나의 스위칭 장치가 그 마이너스 분기부(minus branch)에 위치하는, 역극 보호기를 가지는 직류 모터의 제어 회로를 위한 또 다른 실시예를 도시한 도면.

본 발명의 목적은 상기 역극 보호기의 출력 손실이 감소되는 전술한 종류의 제어 회로를 제공하는데 있다.

상기 목적은 제 1 항의 특징으로 달성된다. 이에 따르면 상기 역극 보호 장치가 상기 전해 커패시터와 프리-휠링 다이오드의 전기 회로에 연결되어 있다. 상기 전해 커패시터와 프리-휠링 다이오드의 전기 통로에 상기 역극 보호 장치를 배열함으로써, 위험하게 된 소자들이 역극 발생 시에 파손에 대해 보호된다. 상기 역극 보호 장치를 통해 흐르는 전류가 상기 모터의 공급 회로에서의 전류보다 훨씬 더 작기 때문에, 상기 역극 보호 장치는 그에 상응하게 더 낮은 출력 손실에 대해서도 설계될 수 있다. 상기 역극 보호 장치의 출력 손실은 예를 들어 팩터(factor) 10 또는 그 이상 단위로 감소된다.

상기 다이오드를 가지는 트랜지스터스위치가 출력-모스-페트로서 형성됨으로써, 이 역극 보호기의 형성이 간단하고, 확실히 기능하게 된다.

상기 역극 보호 장치의 유리한 커플링은 다음과 같다. 상기 다이오드를 구비하는 트랜지스터스위치가 n-채널 출력-모스-페트로서 형성되어 있으며 그 드레인 연결부는 상기 전해 커패시터의 마이너스 연결부(minus connection)에 그리고 상기 프리-휠링 다이오드의 애노드에 연결되어 있으며, 이것은 그의 캐소드를 이용해 상기 직류 모터의 양극 쪽(positive side)에 위치하며, 상기 소스-연결부는 상기 직류 모터의 음극 쪽(negative side)에 연결되어 있으며, 상기 게이트-연결부는 저항에 의해 양의 전압부에 연결되어 있다. 이 때 상기 출력-모스-페트의 보호에 유리한 점은 드레인-연결부와 게이트-연결부 사이에 제너 다이오드가 연결되어 있으며, 그 애노드는 상기 드레인-연결부에, 그 캐소드는 게이트-연결부에 위치한다는 것이다.

상기 역극 보호 장치의 또 다른 양호한 구성은 다음과 같다. 즉, 상기 다이오드를 가지는 트랜지스터스위치는 n-채널 출력-모스-페트로서 형성되어 있으며 그 드레인 연결부를 이용해 상기 직류 모터의 양극 쪽과 연결되어 있으며, 상기 소스-연결부가 상기 전해 커패시터의 플러스-연결부(plus connection)에 그리고 상기 프리-휠링 다이오드의 캐소드에 연결되며, 이것은 그 애노드를 이용해 상기 직류 모터의 음극 쪽에 위치한다.

상기 출력-모스-페트는 역으로 동작되는데, 왜냐하면 이것이 집적 다이오드(integrated diode)를 포함하기 때문이다. 정상 동작에서, 즉 역으로 동작되지 않는 경우 상기 다이오드는 역극 발생 시에 상기 역극 보호 장치를 단락시킨다.

이 직류 모터의 제어를 위해서 및/또는 다른 보호를 위해, 상기 직류 모터는 또 다른 출력-모스-페트에 의해 클록되어 제어되며, 또 다른 출력-모스-페트의 제어 유니트는 상기 역극 보호 장치에 의해 스위칭 오프된다. 상기 역극 보호 장치를 통해 상기 또 다른 출력-모스-페트 및 제어 컴포넌트들이 보호된다. 역극 발생 시에 나타나는 직류 모터의 역동작은 무해하다.

도 1에 도시된 것처럼, 하나의 집적 다이오드(D1)를 가지는 스위칭 장치(S1)에 의해 클록(clock)되는 하나의 직류 모터(2)가 배터리 전압부(UB)에 접속되어 있다. 하나의 전해 커패시터(C)는 역으로 동작되는 n-채널 출력-모스-페트의 형태인 역극 보호 장치(3)를 지나 상기 스위칭 장치(S1)를 가지는 상기 직류 모터(2)에 병렬로 배열되어 있다. 또한 하나의 프리-휠링 다이오드(D2)는 상기 역극 보호 장치(3)를 지나 상기 직류 모터(2) 자체에 병렬로 배열되어 있으며, 이 경우 상기 프리-휠링 다이오드(D2)의 캐소드는 상기 직류 모터(2)의 양극에 그리고 프리-휠링 다이오드의 애노드는 상기 전해 커패시터(C)의 마이너스 쪽에 그리고 출력-모스-페트(3)의 드레인-연결부에 연결되어 있다. 상기 출력-모스-페트(3)의 소스-연결부는 상기 배터리 전압부(U_B)의 음극과 연결된 상기 직류 모터(2)의 음극에 위치한다. 상기 출력-모스-페트(3)의 게이트-연결부는 하나의 저항(R)을 지나 양의 배터리 전압부(U_B)에 위치한다. 이 드레인-연결부와 상기 게이트-연결부 사이에 제너 다이오드(Z)의 캐소드가 상기 게이트-연결부에 위치하며 그 애노드는 상기 드레인-연결부에 위치한다.

또한 마이크로콘트롤러(4), 전압 공급 회로(5) 및 부트스트랩 회로(6)를 가지는 회로 부분은, 상기 역극 보호 장치(3)의 스위치가 개방되면, 즉 역극이 존재하면, 전압 공급 회로(5)가 상기 마이크로콘트롤러(4)에 더 이상 공급하지 않는 방식으로 상기 역극 보호 장치(3)에 연결되어 있다. 이 마이크로콘트롤러(4)는 드라이버(driver)에 의해 스위칭 장치(S1)를 제어한다.

스위칭 유니트로서 이용되는 출력-모스-페트의 형태인, 상기 역극 보호 장치(3)의 상기 스위치는 정상 동작에서는 닫혀있다. 상기 배터리 전압부(UB)가 전극에 잘못 연결되면, 이 출력-모스-페트(3)가 차단되는, 즉 상기 스위칭 유니트가 개방된다. 이 경우 상기 드레인-소스-구간에 병렬로 연결된 집적 인버스 다이오드(integrated inverse diode)도 마찬가지로 차단 방향으로 위치한다. 그 때문에 전류 통로가 상기 전해 커패시터(C)와 프리-휠링 다이오드(D2)를 통해 끊기고, 역방향 전류만이 상기 직류 모터로 흘러가지만, 직류 모터에 손상을 주지는 않는다. 상기 역극 보호 장치(3)가 상기 직류 모터(2)의 전기 공급 회로 외부에 전기 회로에 배열되고, 극이 정확한 경우 훨씬 더 적은 전류가 상기 전기 회로를 흘러가는, 즉 상기 전해 커패시터(C)를 통하는 전류와 상기 프리-휠링 전류만이 흘러가기 때문에, 그에 상응하게 적은, 드레인-연결부와 소스-연결부 사이의 벌크(bulk) 저항을 통해 야기된 손실 출력이 역극 보호 장치(3)에서 만들어진다.

병렬로 연결된 집적 다이오드(D1)를 가지는 클록 스위칭 장치(S1)에 의해 상기 직류 모터(2)를 위한 제어 회로(1')를 나타내는 도 2에 따른 구성은 도 1에 도시된 구성과 유사하며 그 작용 방식에 있어서는 일치한다. 도 1에 따른 구성과의 차이로는 집적 인버스다이오드(D3)를 가지는 역방향으로 동작되는 n-채널 출력-모스-페트로서도 형성되는 것이 바람직한 스위칭 유니트(3')가 상기 전해 커패시터(C)의 플러스 연결부(plus connection)와 배터리 전압부(UB)의 양극 사이에 연결되어 있다. 상기 전해 커패시터(C)의 상기 플러스-연결부에 상기 프리-휠링 다이오드(D2)의 캐소드가 연결되어 있으며, 그의 애노드는 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에 이것과 상기 스위칭 장치(S1) 사이에 연결되어 있다. 반드시 필요하지는 않은, 간섭(interference) 목적에 이용되는, 필름 커패시터(film capacitor)의 형태인 또 다른 커패시터(C1)는 양의 공급선과 음의 공급선 사이에 위치한다. 그에 상응하는 커패시터가 도 2에 따른 실시예에서도 제공될 수 있다.

하나의 마이크로콘트롤러(4), 전압 공급 회로(5) 및 부트스트랩 회로(6)를 가지는 회로 부분은, 상기 스위칭 유니트(3')의 스위치가 개방되는, 즉 도 1에 따른 실시예에 상응하게 역극이 존재하면, 상기 전압 공급 회로(5)가 상기 마이크로콘트롤러(4)에 더 이상 공급하지 않는 방식으로, 상기 스위칭 유니트(3')의 형태인 역극 보호 장치에 연결되어 있다. 이 마이크로콘트롤러(4)는, 예를 들어 펄스 폭 변조로 20KHz의 클록 주파수로 상기 직류 모터(2)를 구동하기 위한 드라이버(7)에 의해 상기 스위칭 장치(S1)를 제어한다.

상기 배터리 전압부(U_B)가 역 극성을 가질 경우 이 스위칭 유니트(3')의 스위치는 개방되거나 상기 출력-모스-페트는 차단된다. 그 때문에 전해 커패시터(C)와 프리-휠링 다이오드(D2)를 통해 전류가 회피되므로, 그것들이 보호된다. 또한 이 마이크로콘트롤러(4)는 더 이상 전압을 공급받지 않으므로, 이 스위칭 장치(S1)의 제어부가 스위치 오프된다. 따라서 이런 구성으로도 위험에 놓인 부재들의 확실한 보호가 역극 보호 장치의 출력 손실이 작은 경우 달성된다.

Claims

다이오드와 병렬 연결된 트랜지스터스위치를 가지는 역극 보호 장치와 프리-휠링 다이오드, 직류 모터와 병렬 연결된 전해 커패시터를 가지는 직류 모터 제어 회로에 있어서,

상기 역극 보호 장치(3, D3)는 상기 전해 커패시터(C)와 프리-휠링 다이오드(D2)의 전기 회로에 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 다이오드(D3)를 가진 트랜지스터스위치는 출력-모스-페트(3)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 다이오드(D3)를 구비하는 트랜지스터스위치는 n-채널 출력-모스-페트(3)로서 형성되어 있으며, 그 드레인 연결부는 상기 전해 커패시터(C)의 마이너스 연결부 및 상기 프리-휠링 다이오드(D2)의 애노드에 연결되어 있으고, 그 캐소드를 이용해 상기 직류 모터(2)의 양극 쪽에 위치하며,

상기 소스-연결부는 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에 연결되어 있으며,

상기 게이트-연결부는 저항에 의해 양의 전압부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 3 항에 있어서, 상기 드레인 연결부와 게이트 연결부 사이에 제너 다이오드(Z)가 연결되어 있으며, 애노드는 드레인 연결부에 위치하고 그 캐소드는 게이트 연결부에 위치하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 다이오드(D3)를 구비하는 트랜지스터스위치는 n-채널 출력-모스-페트(3)로서 형성되어 있으며, 그 드레인 연결부를 이용해 상기 직류 모터(2)의 양극 쪽과 연결되어 있으며,

상기 소스-연결부는 상기 전해 커패시터(C)의 플러스-연결부 및 상기 프리-휠링 다이오드(D2)의 캐소드에 연결되며, 이것은 그 애노드를 이용해 상기 직류 모터(2)의 음극 쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 출력-모스-페트(3)는 역으로 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직류 모터(2)는 또 다른 출력-모스-페트(S1, D1)에 의해 클록되어 제어되며, 상기 또 다른 출력-모스-페트(S1, D1)의 제어 유니트(μC)가 역극 발생 시 역극 보호 장치(3, D3)에 의해 스위칭 오프되는 것을 특징으로 하는 직류 모터 제어 회로.