KR20010083860A

KR20010083860A - 마이크로 스텝핑모터의 구동장치

Info

Publication number: KR20010083860A
Application number: KR1020010039929A
Authority: KR
Inventors: 안철규
Original assignee: 안철규
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2001-09-03
Also published as: KR100390206B1

Abstract

본 발명은 외부 펄스입력을 인가받고 스텝핑모터를 구동하기 위한 장치로서, 그 마이크로 스텝핑모터의 구동장치는 소정 펄스 신호를 인가받고, 그 펄스수에 비례한 각도만큼 회전하는 스텝핑 모터의 구동장치에 있어서, 일정 메인클럭부로부터 발생된 클럭신호를 입력받고 1/2/6/10분주하여 그 분주된 클럭신호를 각각 출력하는 분주기(10)와, 상기 분주기(10)로부터 6/10분주된 클럭신호를 입력받은 상태에서, 모터 구동에 필요한 구동전류설정값과 홀딩전류설정값을 입력받음과 아울러 모터 구동상태에 따라 전류제어값을 출력하는 전류제어값생성부 (100)와, 소정 전원이 입력되면 상기 전류제어값생성부(100)로부터 18분주된 클럭신호를 인가받고 일정 시간후 하이(H)레벨의 기동신호를 출력하는 기동신호발생부(109)와, 상기 기동신호발생부(109)의 기동신호를 입력받고 CW펄스신호, CCW/DIR 신호, 1/2클럭방식신호, 위상차방식신호, 정/역방향선택신호, 분해능선택신호를 입력받아 모터구동에 따른 펄스값을 출력하고 데이터 억세스를 위한 어드레스값을 생성출력하는 어드레스생성부(110)와, 상기 어드레스생성부(110)로부터 어드레스값 및 정/역방향펄스, 스텝펄스신호를 입력받아 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상·B상 데이터를 출력하는 모터구동데이터생성부(130)와, 상기 A상·B상 데이터를 래치출력하는 래치,멀티플렉서(160) 및 그 래치,멀티플렉서 (160)의 A상 또는 B상 데이터와 상기 전류제어값생성부(100)로부터 인가되는 전류제어값을 곱셈연산하고 A상 또는 B상 데이터를 래치(164)를 통해 출력하는 곱셈기(162)와, 상기 모터전류를 피이드백받아 AD콘버터를 통해 디지털값으로 바뀐 루프전류값을 래치하는 루프전류값래치부(150)와, 상기 루프전류값래치부(150)의 루프전류값의 최상위비트(MSB)·상기 곱셈기(162)로부터 래치(164)를 매개하여 출력되는 A상·B상데이터의 최상위비트(MSB)·어드레스생성부(110)의 방향신호를 인가받고 A상/B상 제어신호를 생성/출력하는 제어신호생성부(168)와, 상기 제어신호생성부(168)의 A상/B상 제어신호에 따라 A상 또는 B상데이터를 선택하기 위한 제 1멀티플렉서(166)/제 2멀티플렉서(170)와, 상기 루프전류값래치부(150)로부터 출력되는 루프전류값을 나눔연산(÷4)에 따라 감소시켜 인가받는 한편 상기 전류제어값생성부(100)로부터 정지신호를 인가받는 제 3멀티플렉서(172) 및 상기 제 3멀티플렉서(172)의 출력신호와 A상/B상 데이터를 제 1멀티플렉서(166)를 통해 인가받고 가감연산을 수행하는 연산부(174)와, 상기 연산부(174)의 가감결과에 따라 언더플로우값 또는 오버플로우값을 선택적으로 인가받는 제 4멀티플렉서 (176)와, 상기 플로우값의 발생여부에 따라 상기 연산부(174) 또는 제 4멀티플렉서(176)로부터 출력값을 인가받는 제 5멀티플렉서(178)와, 상기 제 5멀티플렉서 (178)의 출력값 및 상기 곱셈기(162)의 선택신호에 따라 각각 A상 또는 B상 데이터를 래치하는 A상/B상래치(179)(180) 및 메인클럭부의 클럭신호를 카운터 (185)하여 인가받아 펄스폭변조시켜 모터구동신호를 출력하는 비교부(182) (184)가 포함되어 구성되며; 따라서, 모터의 전류를 피이드백 받고 위상상태에 따라 루프전류를 제어할 수가 있음으로써 모터진동을 최소화할 수 있는 잇점이 있다.

Description

마이크로 스텝핑모터의 구동장치{DRIVING APPARATUS OF MICRO STEPPING MOTOR}

본 발명은 마이크로 스텝핑모터의 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 입력펄스신호를 입력받아 모터구동을 수행하는 한편, 상기 모터 구동에 필요한 전류제어값·A상/B상 싸인파값·모터전류신호를 피드백받은 루프전류값에 의해 모터 진동을 최소화하여 모터를 안정되게 구동시키는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 스텝핑모터는 펄스 신호를 가함으로써 그 펄스수에 비례한 각도만큼 회전하는 모터로서, 상기 스텝핑모터를 구동하기 위한 드라이버의 일례로 본 출원인은 스텝핑모터의 구동제어를 소프트웨어적으로 처리할 수 있도록 대한민국특허공보(출원번호 10-1998-0054851)인 마이크로 스텝핑 모터 구동장치 및 방법을 제안한 바 있다.

그러나, 전술한 마이크로 스텝핑 모터 구동장치 및 방법에 따른 모터 구동제어과정은 소프트웨어적인 방법으로 처리되기 때문에, 모터 구동에 따른 하드웨어 크기를 최소화함은 물론 기능 추가 및 업그레이드가 용이한 잇점이 있지만, 모터 구동시 진동이 심하고 고속 구동에 어려움이 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 로직으로 구현함으로써 고속 구동의 문제점을 해결함과아울러 모터 전류를 피드백받아 위상상태를 판단하고 그 위상상태에 따른 루프전류를 제어하도록 함으로써, 모터 진동을 최소화하도록 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 모터의 이상 현상으로 인한 과전류나 과열현상이 발생하는 경우 모터 구동을 위한 구동전류를 차단시킴으로써 모터 및 모터구동회로를 보호할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 스텝핑모터의 구동장치는, 소정 펄스 신호를 인가받고, 그 펄스수에 비례한 각도만큼 회전하는 스텝핑 모터의 구동장치에 있어서, 일정 메인클럭부로부터 발생된 클럭신호를 입력받고 1/2/6/10분주하여 그 분주된 클럭신호를 각각 출력하는 분주기와, 상기 분주기로부터 6/10분주된 클럭신호를 입력받은 상태에서, 모터 구동에 필요한 구동전류설정값과 홀딩전류설정값을 입력받음과 아울러 모터 구동상태에 따라 전류제어값을 출력하는 전류제어값생성부와, 소정 전원이 입력되면 상기 전류제어값생성부로부터 18분주된 클럭신호를 인가받고 일정 시간후 하이(H)레벨의 기동신호를 출력하는 기동신호발생부와, 상기 기동신호발생부의 기동신호를 입력받고 CW펄스신호, CCW/DIR펄스신호, 1/2클럭방식신호, 위상차방식신호, 정/역방향선택신호, 분해능선택신호를 입력받아 모터구동에 따른 펄스값을 출력하고 데이터 억세스를 위한 어드레스값을 생성출력하는 어드레스생성부와, 상기 어드레스생성부로부터 어드레스값 및 정/역방향펄스, 스텝펄스신호를 입력받아 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상·B상 데이터를 출력하는 모터구동데이터생성부와, 상기 A상·B상 데이터를 래치출력하는래치멀티플렉서 및 그 래치멀티플렉서의 A상 또는 B상 데이터와 상기 전류제어값생성부로부터 인가되는 전류제어값을 곱셈연산하고 A상 또는 B상데이터를 래치를 통해 출력하는 곱셈기와, 상기 모터전류를 피이드백받아 AD콘버터를 통해 디지털값으로 바뀐 루프전류값을 래치하는 루프전류값래치부와, 상기 루프전류값래치부의 루프전류값의 최상위비트(MSB)·상기 곱셈기로부터 래치를 매개하여 출력되는 A상·B상데이터의 최상위비트(MSB)·어드레스생성부의 방향신호를 인가받고 A상/B상 제어신호를 생성/출력하는 제어신호생성부와, 상기 제어신호생성부의 A상/B상 제어신호에 따라 A상 또는 B상데이터를 선택하기 위한 제 1멀티플렉서/제 2멀티플렉서와, 상기 루프전류값래치부로부터 출력되는 루프전류값을 나눔연산(÷4)에 따라 감소시켜 인가받는 한편 상기 전류제어값생성부로부터 정지신호를 인가받는 제 3멀티플렉서 및 상기 제 3멀티플렉서의 출력신호와 A상/B상 데이터를 제 1멀티플렉서를 통해 인가받고 가감연산을 수행하는 연산부와, 상기 연산부의 가감결과에 따라 언더플로우값 또는 오버플로우값을 선택적으로 인가받는 제 4멀티플렉서와, 상기 플로우값의 발생여부에 따라 상기 연산부 또는 제 4멀티플렉서로부터 출력값을 인가받는 제 5멀티플렉서와, 상기 제 5멀티플렉서의 출력값 및 상기 곱셈기의 선택신호에 따라 각각 A상 또는 B상 데이터를 래치하는 A상/B상래치 및 메인클럭부의 클럭신호를 카운터 하여 인가받고 펄스폭변조시켜 모터구동신호를 출력하는 비교부가 포함되어 구성된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 스텝핑모터의 구동장치를 나타내고 있는 블록구성도,

도 2는 도 1의 전류제어값생성부를 나타내고 있는 블록구성도,

도 3은 도 1의 어드레스생성부를 나타내고 있는 블록구성도,

도 4는 도 1의 모터구동데이터생성부를 나타내고 있는 블록구성도,

도 5는 도 1의 루프전류값래치부를 나타내고 있는 블록구성도,

도 6은 도 1의 보호회로부를 나타내고 있는 블록구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 분주기 100 : 전류제어값생성부,

109 : 기동신호발생부 110 : 어드레스생성부,

130 : 모터구동데이터생성부, 150 : 루프전류값래치부,

160 : 래치멀티플렉서, 162 : 곱셈기

164 : 래치 168 : 제어신호생성부

174 : 연산부, 185 : 카운터

166, 170, 172, 176, 178 : 멀티플렉서, 179, 180 : A상/B상 래치,

182, 184 : 비교기, 190 : 보호회로부.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 스텝핑모터의 구동장치를 나타내고 있는 블록구성도, 도 2는 도 1의 전류제어값생성부를 나타내고 있는 블록구성도, 도 3은 도 1의 어드레스생성부를 나타내고 있는 블록구성도, 도 4는 도 1의 모터구동데이터생성부를 나타내고 있는 블록구성도, 도 5는 도 1의 루프전류값래치부를 나타내고 있는 블록구성도, 도 6은 도 1의 보호회로부를 나타내고 있는 블록구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일정 메인클럭부로부터 발생된 클럭신호를 입력받고 1/2/6/10분주하여 그 분주된 클럭신호를 출력하는 분주기(10)와, 상기 분주기(10)로부터 6/10분주된 클럭신호를 입력받은 상태에서, 모터 구동에 필요한 구동(RUN)전류설정값과 홀딩(HOLDING)전류설정값을 입력받음과 아울러 모터 구동상태에 따라 전류제어값(BS1)을 출력하는 전류제어값생성부(100)와, 소정 전원이 입력되면 대략 31.5ms후 하이(H)레벨의 기동신호를 출력하는 기동신호발생부 (109)와, 상기 기동신호발생부(109)의 기동신호를 입력받고 CW펄스신호, CCW/DIR펄스신호, 1/2클럭방식신호, 위상차방식신호, 정(FOR)/역(REV)방향선택신호, 분해능선택신호를 입력받아 데이터 억세스를 위한 어드레스값을 생성출력하는 어드레스생성부 (110)와, 상기 어드레스생성부(110)로부터 어드레스값 및 정/역방향펄스, 스텝 (Step)펄스신호를 입력받아 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상·B상 데이터를 출력하는 모터구동데이터생성부(130)와, 상기 A상·B상 데이터를 선택출력하는 래치멀티플렉서(160) 및 그 래치멀티플렉서(160)의 A상 또는 B상 데이터와 상기 전류제어값생성부(100)로부터 인가되는 전류제어값을 곱셈연산하여 출력하는 곱셈기(162)와, 상기 모터전류를 피이드백받아 AD콘버터를 통해 디지털값으로 바뀐 루프전류값을 래치하는 루프전류값래치부(150)와, 상기 루프전류값래치부(150)의 루프전류값의 최상위비트(MSB)·상기 곱셈기(162)로부터 래치 (164)를 매개하여 출력되는 A상·B상데이터의 최상위비트(MSB) ·어드레스생성 부(110)의 방향신호를 인가받고 A상/B상 제어신호를 생성/출력하는 제어신호생성부(168)와, 상기 제어신호생성부 (168)의 A상/B상 제어신호에 따라 A상 또는 B상데이터를 선택하기 위한 제 1멀티플렉서(166)/제 2멀티플렉서(170)와, 상기 루프전류값래치부(150)로부터 출력되는 루프전류값을 나눔연산(÷4)에 따라 감소시켜 인가받는 한편 상기 전류제어값생성부 (100)로부터 정지신호를 인가받는 제 3멀티플렉서(172) 및 상기 제 3멀티플렉서 (172)의 출력신호와 A상/B상 데이터를 제 1멀티플렉서(166)를 통해 인가받고 가감연산을 수행하는 연산부(174)와, 상기 연산부(174)의 가감결과에 따라 언더플로우값 또는 오버플로우값을 선택적으로 인가받는 제 4멀티플렉서(176)와, 상기 플로우값의 발생여부에 따라 상기 연산부(174) 또는 제 4멀티플렉서(176)로부터 출력값을 인가받는 제 5멀티플렉서 (178)와, 상기 제 5멀티플렉서(178)의 출력값 및 상기 곱셈기(162)의 선택신호에 따라 각각 A상 또는 B상 데이터를 래치하는 A상/B상래치 (179)(180) 및 메인클럭부의 클럭신호를 카운터(185)를 매개하여 인가받고 펄스폭변조시켜 모터구동신호를 출력하는 비교부(182)(184)가 포함되어 구성된다.

여기서, 상기 곱셈기(162)로부터 출력되는 A상/B상 선택신호는 A상/B상 데이터를 동시에 처리하기 위하여 상기 래치멀티플렉서(160)·제 1/제 2멀티플렉서(166)(170)·A상/B상래치(179)(180)에 인가되게 된다.

또한, 상기 모터전류를 피이드백 받게 되면, A상/B상 데이터의 최상위비트·루프전류값의 최상위비트·모터방향신호에 따라 16가지의 위상상태로 구분된다.

한편, 상기 전류제어값생성부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분주기(10)로부터 10분주클럭신호(CLK10)를 인가받고 10.5ms 주기의 18분주클럭신호 (CLK18)를 상기 기동신호발생부(109)로 인가하는 8분주기(102)와, 상기 8분주기 (102)및 어드레스생성부(110)의 위치이동펄스가 정지되고 150ms시간 경과후 하이레벨(H) 상태의 정지신호를 출력하는 정지신호발생부(104)와, 상기 정지신호 및 제 8분주기(102)의 클럭신호를 인가받은 상태에서 모터구동모드에는 최대의 홀딩전류값이 출력되고 정지모드일때는 10.5ms당 홀딩전류값이 1씩 감소되어 상기 정지전류 설정 값에 이르면 감소를 멈추는 완충기(106)와, 상기 완충기(106)의 출력신호·클럭신호·구동전류신호 및 정지신호를 인가받고 전류제어값을 출력하거나 상기 정지신호가 로우(L)레벨상태일때는 상기 구동전류신호값에 곱셈연산(×8)을 수행한 후 전류제어데이터값을 출력하는 곱셈기(108)로 구성된다.

또한, 상기 어드레스생성부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 CW펄스신호, CCW/DIR신호, 1/2클럭방식신호, 정/역방향선택신호 및 기동신호를 인가받고 입력펄스방식을 선택하는 입력펄스방식선택부(112)와, 상기 입력펄스방식선택부(112)의 출력펄스값을 노이즈필터(114)를 매개하여 인가받고 제어신호 및 구동신호를 출력하는 제어신호발생부(116)와, 상기 제어신호발생부(116)의 제어신호 및 입력펄스방식선택부(112)의 DIR신호를 인가받고 정방향/역방향위상신호 및 위상값 또는 스텝값을 출력하는 제어신호해독부(118)와, 상기 기동신호 및 분해능선택신호의 입력에 따른 위상값 또는 스텝값을 위상값/스텝값입력부(120)를 매개하여 선택적으로 인가받아 출력하는 제 6멀티플렉서(122)와, 상기 제 6멀티플렉서(122)의 출력값을 상기 제어신호해독부(118)의 제어신호에 따라 가감연산하고 상기 정방향/역방향위상신호를 출력할 수 있도록 제어신호해독부(118)로 캐리신호를 인가하는 한편, 상기 위상값 및 스텝값에 대한 가감연산을 반복수행하고 래치(126)에 래치하는 어큐뮬레이터(126)로 구성된다.

여기서, 상기 래치(126)에 래치되는 데이터는 상기 위상값을 넘지않으며, 그 위상값(P)은 스텝값(S)과의 관계에서 'N*S≤P'의 식이 성립되고(N=P/S를 만족하는 자연수이다), 상기 래치(126)에서 출력되는 데이터는 어드레스(A1-A8)로 사용되게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 모터구동데이터생성부(130)는 상기 어드레스생성부(110)로부터 출력되는 정방향위상출력펄스 또는 역방향위상출력펄스를 검출하는 위상검출부(132)와, 소정 작동펄스값을 인가받아 상기 위상검출부 (132)로부터 A상 또는 B상 데이터값을 선택적으로 인가받도록 선택신호 및 래치신호, 메모리리드신호를 출력하는 제어신호발생부(136)와, 상기 선택신호에 따라 상기 A상 또는 B상 데이터를 선택입력받는 제 7멀티플렉서(135)와, 상기 제 7멀티플렉서 (135) 및 제어신호발생부(136)의 출력에 따라 A상/B상 데이터를 억세스하기 위해 어드레스를 생성하는 어드레스생성부(138)와, 상기 어드레스생성부 (138)의 어드레스신호 및 제어신호발생부(136)의 메모리리드신호, 모터종류선택신호를 인가받고기본파를 비롯하여 3/5/7/9고조파성분의 양에 따라 삼각파에서 구형파까지의 16종류의 데이터를 저장하는 메모리(140)와, 상기 모터종류선택신호에 따라 상기 16종류의 모터 특성에 따라 A상/B상 데이터를 선택출력하는 래치(142)로 구성된다.

상기 A상과 B상의 위상차는 항상 90°유지하며, 상기 메모리(142)의 어드레스 A11은 위상값이 다른 두 종류를 선택하고 A12 - A15는 16종류의 모터특성에 따라 어느 하나를 선택하도록 제공된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 루프전류값래치부(150)는 상기 클럭신호(CK6)를 인가받음과 아울러 모터전류의 A상/B상 전류의 합성전류를 피이드백받아 연산증폭기(158)에서 증폭하고 제어신호발생부(152)의 클럭/CS/데이터신호에 의해 AD콘버터(160)를 통해 디지털값을 인가받는 쉬프터레지스터(154) 및 그 쉬프터레지스터(154)의 출력값 즉 루프전류값을 출력하는 래치(156)로 구성된다.

또한, 본 발명은 모터 보호회로부(190)가 더 장착되는 것이 바람직하며, 그 보호회로부(190)는 모터구동에 관련된 트랜지스터에 과전류가 흐를시 엑티브 로우신호를 인가받고 14.2㎲ 시간 경과후 전류차단신호(H) 및 에러신호를 출력하는 한편, 온도센서 및 온도센서인에이블로부터 인가되는 감지신호에 따라 전류차단신호 또는 에러신호만을 제 1내지 제 3판별부(194)를 통해 출력하는 프로텍트래치(192)가 포함되어 구성된다.

여기서, 상기 온도센서입력이 하이레벨, 온도센서인에이블이 로우레벨상태인 경우에는 전류차단신호와 에러신호를 제 1판별부(194)를 통해 출력하며, 모두 하이레벨상태인 경우에는 제 2판별부(196)를 통해 에러신호만을 출력하게 된다.

그리고, 상기 제 1판별부(194)의 전류오프입력이 로우레벨상태이면 제 1판별부(194)의 출력은 하이레벨상태를 유지하게 되어 모터전류를 차단하는 반면, 전류오프입력이 하이레벨상태이면 정상상태를 유지하게 된다.

이와같이 구성된 마이크로 스텝핑모터의 구동장치의 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 소정 메인클럭부로부터 25MHz의 클럭신호를 공급받은 분주기(10)는 일정 분주동작에 따라 1분주/2분주/6분주/10분주 되는 클럭신호를 후술하는 모터구동데이터생성부(130)·곱셈기(162)·전류제어값생성부(100)로 공급하게 된다.

그와같이 클럭신호가 공급되는 상태에서, 전류제어값생성부(100)는 모터동작상태에 따른 전류제어신호, 즉 구동전류설정값 및 홀딩전류설정값을 입력받게 되며, 또한 어드레스생성부(110)로부터 상기 모터가 동작상태 또는 정지상태인지를 판단할 수 있는 위치이동펄스신호(S1)를 입력받게 된다.

이때 전류제어값생성부(100)는 상기 모터 상태에 따른 전류제어값 즉, 정지/동작시 전류제어값(BS1)을 곱셈기로 출력하게 되는 바, 그 전류제어값생성부 (100)의 동작상태를 도 2를 참조하여 설명하면 먼저 10분주 클럭신호(CLK10)를 8분주기(102)를 매개하여 10.5ms주기의 18분주 클럭신호(CLK18)로 하여 기동신호발생부(109)에 인가하는 한편, 그 클럭신호 및 위치이동펄스(S1)를 인가받는 정지신호발생부(104)는 상기 위치이동펄스가 멈춘후 150ms시간이 경과되면 하이(H)레벨상태의 정지신호를 완충기(106)로 공급하고, 이때 상기 완충기(106)는 모터가 구동모드시 최대 정지전류값을 출력하는 반면, 정지모드시에는 10.5ms당 정지전류값이 1씩 감소되어 상기 홀딩전류설정값에 도달하면 감소를 멈추게 된다. 그리고, 상기 완충기(106)로부터 출력되는 정지전류값은 클럭신호와 함께 구동전류를 공급받게 되는 곱셈기(108)에서 곱셈연산처리되어 전류제어값으로 곱셈기 (162;도 1)로 공급하게 된다.

그러나 상기 정지신호발생부(104)로부터 출력되는 정지신호가 로우(L)레벨인 경우에는 바로 구동전류설정값에 8을 곱하는 곱셈연산을 수행한 후, 곱셈기(108)로 공급되고 전류제어값으로 출력되게 된다.

한편, 기동신호발생부(109)는 상기 전류제어값생성부(100)로부터 클럭신호 (CLK18)를 인가받은 상태에서 전원입력이 인가되면 31.5ms후에 하이(H)레벨 신호가 어드레스생성부(110)로 출력되게 되고, 상기 어드레스생성부(110)는 상기 기동신호에 따라 CW펄스신호, CCW/DIR신호, 1/2클럭방식선택신호, 위상차방식선택신호, 정/역방향 선택신호, 분해능선택신호 등을 인가받게 되며, 모터구동에 필요한 메모리 어드레스를 생성공급하게 된다.

이를 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 하면, 기동신호입력과 함께 CW펄스신호, CCW/DIR신호, 1/2클럭방식선택신호, 정/역방향 선택신호가 입력펄스방식선택부(112)로 인가되면, 상기 선택신호중 어느 하나의 방식을 결정하여 노이즈필터 (114)를 매개하여 제어신호발생부(116)로 출력하게 된다.

즉, 상기입력펄스방식에는 모터를 구동하기 위한 스텝펄스와 모터의 회전방향을 지시하는 모터회전방향신호를 단자 각각으로 입력받는 1클럭방식과, 단자 각각에 대해 시계방향스텝펄스와 반시계방향스텝펄스를 입력하는 2클럭방식으로 구분되나, 본 발명에서는 상기 1클럭방식은 상기 펄스와 방향신호를 그대로 출력하고 2클럭방식은 1클럭방식으로 변환되어 출력되게 된다. 그리고 상기 정/역방향 선택신호는 모터의 회전방향을 바꿀 때 사용되는 입력신호이다.

계속해서, 상기 제어신호발생부(116)는 상기 입력펄스방식선택부(112)로부터 노이즈필터(114)를 매개하여 스텝펄스를 입력받아 제어신호를 발생시키고 이 신호와 입력펄스방식선택부(112)로부터 DIR출력신호 및 후술하는 어큐뮬레이터(124)의 캐리신호를 인가받아, 어큐뮬레이터(124)를 제어하기 위한 가감신호와 정방향위상출력펄스 및 역방향위상출력펄스를 생성하는 제어신호해독부(118)와, 상기 정/역방향위상출력펄스는 분해능선택신호를 입력받은 위상값/스텝값입력부 (120)가 제어신호해독부(118)의 제어신호에 따라 위상값이나 스텝값을 제 6멀티플렉서(122)를 매개하여 어큐뮬레이터(124)로 인가하면, 그 어큐뮬레이터(124)는 상기 입력펄스방식선택부(112)로부터 인가되는 DIR신호에 따라 가감연산동작을 반복수행하여 래치 (126)를 통해 어드레스값(A1-A8)을 출력하게 된다. 여기서, 상기 위상값(P)과 스텝값(S)은 'N*S≤P'의 식이 성립된다.

한편, 상기 어드레스생성부(110)의 동작에 따라 스텝펄스신호, 정/역방향펄스신호, 어드레스생성신호 등이 출력되면, 상기 신호를 입력받은 모터구동데이터생성부(130)는 메모리를 어드레싱하여 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상/B상 데이터를 래치멀티플렉서(160)에 인가하는 바, 이를 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 어드레스생성부(110)로부터 위상펄스값을 인가받는 위상검출부(132)는,먼저 정방향위상펄스값 인가시 그 위상값(A9-A10)은 '0→1→2→3→0'의 방향으로 반복되고, 역방향위상펄스값 인가시에는 그 위상값(A9-A10)은 '0→3→2→1→0'의 방향으로 반복되게 된다.

그와같이 위상검출부(132)의 정/역방향위상펄스값에 따라 출력되는 A상/B상 데이터는 그 절대값이 항상 '1'값을 가짐으로써 그 위상차는 90°유지하게 되며, 이후 제 7멀티플렉서(135)로 인가되면 제어신호발생부(136)의 멀티플렉서 입력선택신호에 따라 어드레스생성부(138)는 A상 또는 B상 데이터를 억세스하기 위한 어드레스를 생성하게 된다. 이후 상기 제어신호발생부(136)는 메모리(140)로부터 A/B상 데이터를 리드하기 위해 메모리리드신호를 인가하고, 따라서 상기 메모리(140)로부터 리드된 A/B상 데이터는 래치(142)를 통해 출력되게 된다. 이때 상기 메모리(140)는 8비트 데이터메모리를 사용하기 때문에 10비트를 가지는 A/B상 데이터를 리드하기 위해서는 A상/B상 각각에 대해 2회씩 데이터를 리드해야 한다.

이에 따라 상기 메모리(140)의 어드레스 A0는 2회의 메모리리드동작에 사용되며, A11는 위상값이 다른 두 종류를 선택하는 한편, A12 - A15는 후술하는 16종류의 모터특성에 따라 어느 하나를 선택하도록 된다.

그와같이 메모리(140)를 어드레싱하여 90°위상차가 발생하는 싸인파의 A상/B상 데이터값은 모터구동데이터생성부(130)를 통해 래치멀티플렉서(160)로 래치되고, 그 래치된 A상/B상 데이터값과 상기 전류제어값생성부(100)로부터 인가되는 전류제어값은 곱셈기(162)에서 곱셈연산되고 래치된다.

그리고, 상기 루프전류값래치부(150)는 모터전류를 피이드백받아 A/D콘버터(160)를 통해 디지털값으로 바뀐 루프전류값을 래치하고 후술하는 제어신호생성부 (168)로 인가한다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 A상/B상 전류가 흐르는 모터에서 제 1내지 제 4저항(R1-R4)의 합성전류를 소정 레벨로 증폭한 후 A/D콘버터(160)에서 디지털값으로 변환하고, 그 디지털값을 리드하기 위해 6분주 클럭신호를 인가받는 제어신호발생부(152)는 클럭신호/CS신호/데이터신호를 출력하게 된다. 상기 리드된 디지털값은 쉬프터레지스터(154)를 매개하여 래치되게 된다.

한편, 상기 어드레스생성부(110)로부터 모터 방향신호를 인가받음과 아울러 루프전류값래치부(150)로부터 루프전류값의 최상위비트(MSB)를 인가받는 제어신호생성부(168)는 상기 곱셈연산된 A상/B상 데이터의 최상위비트(MSB)를 인가받게 되는 바, A상/B상 제어출력이 하이레벨일 때 루프전류값과 A상/B상 데이터값을 더하고, 로우레벨일 때 A상/B상 데이터값에서 루프전류값을 뺀다. 이것은 연산부(174)에서 한다.

다시말하면, 상기 모터방향신호, A상/B상 데이터의 최상위비트 및 루프전류값의 최상위비트 값에 따라 상기 A상/B상 데이터에 상기 루프전류값의 가감여부를 판단하여 연산부(174)에서 수행하게 된다.

이를 [표 1]에 나타내고 있다.

[표 1]

AD(A상데이터의 MSB)

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

BD(A상데이터의 MSB)

L

H

L

H

L

H

L

H

LD(루프전류값의 MSB)

L

H

L

H

D(모터방향신호)

L

H

A상 제어값

H

L

H

L

H

L

B상 제어값

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

L

H

여기서, 상기 [표 1]을 참조하여 모터특성을 간략하게 설명하기로 하면, 상기 16가지의 모터특성은 기본파를 비롯하여 3·5·7·9고조파 성분의 양에 따라 삼각파에서 구형파까지 16종류의 데이터가 메모리에 저장되어있다.

그리고, 상기 [표 1]에서 A상/B상 제어값이 'H'일 때 덥셈 연산을 수행하고, 'L'일 때 뺄셈 연산을 수행하게 된다.

상기와 같이 모터특성이 설정된 상태에서, 제어신호생성부(168)로부터 A상/B상 제어값이 제 2멀티플렉서(170)에서 선택신호에 의해 선택출력되어 인가되는 한편, 곱셈기(162)로부터 래치된 A상/B상 데이터가 제 1멀티플렉서(166)를 통해 연산부(174)에 인가되면, 상기 연산부(174)는 소정 연산과정을 통해 제 5멀티플렉서 (178)로 인가하게 되는데, 이때 상기 제 5멀티플렉서(178)는 상기 연산부(174)의 연산동작에 따라 하이레벨의 캐리신호가 발생되면 플로우가 발생됨을 인지하여 덥셈연산시 오버플로우값 또는 뺄셈연산시 언더플로우값을 각각 인가받는 제 4멀티플렉서(176)로부터 플로우값을 인가받게 되지만, 로우레벨의 캐리신호가 발생되는 경우에는 상기 연산부(174)로부터 출력되는 결과값을 각각 A상/B상 래치(179)(180)에 래치시키게 된다.

한편, 상기 제 3멀티플렉서(172)는 루프전류값래치부(150)로부터 나눔연산이 수행된 후 루프전류값을 공급받고, 또한 상기 전류제어값생성부(100)로부터 정지신호가 인가되면 상기 제 3멀티플렉서(172)의 값을 '0'으로 하여 상기 연산부(174)에 공급함으로써, 정지시 불필요한 루프전류를 차단함으로서 모터 진동을 줄이도록 한다.

그리고, 상기 A상/B상 래치(179)(180)에 래치된 A상/B상 데이터는 카운터 (185)의 카운터값에 따라 비교기(182)(184)를 통해 A상/B상 구동신호로 구동회로에 인가되게 된다.

이에 따라, 모터 전류를 피이드백받는 루프전류 및, 상기 전류제어값생성부·모터구동데이터생성부로부터 출력되는 전류제어값과 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상·B상 데이터에 의해 스텝핑모터를 안정화시키게 된다.

즉, 상기 모터 전류를 피이드백받고 소정 연산과정에 따라 상기와 같이 모터 특성이 16가지로 정리된 상태에서, 제어신호생성부(168)는 전류제어값·A상 /B상 사인파값 및 루프전류값에 따른 상기 모터 특성을 판단하고 그에 대한 루프전류를 제어하기 때문에 모터 진동을 최소화함은 물론, 한 스텝당 1.8°에서 0.0072°까지 각도제어가 가능하다.

한편, 상기 모터구동시에 임의의 외부요인에 의하여 모터를 직접 구동하는 트랜지스터에 과전류가 흐르게 되면, 프로텍트래치(192)에 엑티브 로우신호가 입력됨과 동시에 소정 카운터 동작에 따라 14.2㎲ 경과후 제 1판별부(194)를 통해 모터구동을 위한 상기 트랜지스터에 공급되는 전류를 완전히 차단시키기 위한 하이레벨의 전류차단신호를 출력하게 된다. 그리고 제 2판별부(196)를 통해 에러신호를 출력한다.

또한, 모터 구동시 과다하게 온도가 상승되는 경우에는 온도센서입력이 하이레벨, 온도센서인에이블이 로우레벨상태인 경우, 제 3판별부(198)를 통해 프로텍트래치(192)로부터 상기 전류차단신호 및 에러신호를 출력하도록 함과 아울러 상기 제 3판별부(198)로부터 하이레벨 상태의 신호가 출력되면 에러신호만을 출력하도록 한다.

여기서, 상기 보호회로에서 전류오프입력이 로우레벨상태이면 제 1판별부 (194)는 하이레벨 상태가 되어 전류차단 기능을 수행하게 되지만, 상기 전류오프입력이 하이레벨상태이면 정상상태를 유지하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 마이크로 스텝핑모터의 구동장치에 따르면, 외부 펄스입력을 인가받고 구동되는 스텝핑모터에서 상기 모터 전류의 피이드백 결과에 따라 분석처리되는 16가지의 위상상태 각각에 대해, 전류제어값·A상/B상 사인파값 및 루프전류값에 따른 상기 모터 특성을 판단하고 루프전류를 제어함으로써, 모터 진동을 최소화 및 높은 토르크를 낼수 있는 효과가 있다.

Claims

소정 펄스 신호를 인가받고, 그 펄스수에 비례한 각도만큼 회전하는 스텝핑 모터의 구동장치에 있어서,

일정 메인클럭부로부터 발생된 클럭신호를 입력받고 1/2/6/10분주하여 그 분주된 클럭신호를 각각 출력하는 분주기(10)와,

상기 분주기(10)로부터 6/10분주된 클럭신호를 입력받은 상태에서, 모터 구동에 필요한 구동전류설정값과 홀딩전류설정값을 입력받음과 아울러 모터 구동상태에 따라 전류제어값을 출력하는 전류제어값생성부(100)와,

소정 전원이 입력되면 상기 전류제어값생성부(100)로부터 18분주된 클럭신호를 인가받고 일정 시간후 하이(H)레벨의 기동신호를 출력하는 기동신호발생부(109)와,

상기 기동신호발생부(109)의 기동신호를 입력받고 CW펄스신호, CCW/DIR신호, 1/2클럭방식신호, 위상차방식신호, 정/역방향선택신호, 분해능선택신호를 입력받아 모터구동에 따른 펄스값을 출력하고 데이터 억세스를 위한 어드레스값을 생성출력하는 어드레스생성부(110)와,

상기 어드레스생성부(110)로부터 어드레스값 및 정/역방향펄스, 스텝펄스신호를 입력받아 90°위상차가 발생하는 사인파의 A상·B상 데이터를 출력하는 모터구동데이터생성부(130)와,

상기 A상·B상 데이터를 래치출력하는 래치멀티플렉서(160) 및 그 래치멀티플렉서(160)의 A상 또는 B상 데이터와 상기 전류제어값생성부(100)로부터 인가되는 전류제어값을 곱셈연산하고 A상 또는 B상데이터를 래치(164)를 통해 출력하는 곱셈기(162)와,

상기 모터전류를 피이드백받아 AD콘버터를 통해 디지털값으로 바뀐 루프전류값을 래치하는 루프전류값래치부(150)와,

상기 루프전류값래치부(150)의 루프전류값의 최상위비트(MSB)·상기 곱셈기 (162)로부터 래치(164)를 매개하여 출력되는 A상·B상데이터의 최상위비트 (MSB)·어드레스생성부(110)의 방향신호를 인가받고 A상/B상 제어신호를 생성/출력하는 제어신호생성부(168)와,

상기 제어신호생성부(168)의 A상/B상 제어신호에 따라 A상 또는 B상데이터를 선택하기 위한 제 1멀티플렉서(166)/제 2멀티플렉서(170)와,

상기 루프전류값래치부(150)로부터 출력되는 루프전류값을 나눔연산(÷4)에 따라 감소시켜 인가받는 한편 상기 전류제어값생성부(100)로부터 정지신호를 인가받는 제 3멀티플렉서(172) 및 상기 제 3멀티플렉서(172)의 출력신호와 A상/B상 데이터를 제 1멀티플렉서(166)를 통해 인가받고 가감연산을 수행하는 연산부 (174)와,

상기 연산부(174)의 가감결과에 따라 언더플로우값 또는 오버플로우값을 선택적으로 인가받는 제 4멀티플렉서(176)와, 상기 플로우값의 발생여부에 따라 상기 연산부(174) 또는 제 4멀티플렉서(176)로부터 출력값을 인가받는 제 5멀티플렉서 (178)와, 상기 제 5멀티플렉서(178)의 출력값 및 상기 곱셈기(162)의 선택신호에따라 각각 A상 또는 B상 데이터를 래치하는 A상/B상래치(179)(180) 및 메인클럭부의 클럭신호를 카운터(185)하여 인가받아 펄스폭변조시켜 모터구동신호를 출력하는 비교부(182)(184)가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 곱셈기(162)로부터 출력되는 A상/B상 선택신호는 A상/B상 데이터를 동시에 처리하기 위하여 상기 래치멀티플렉서(160)·제 1/제 2멀티플렉서(166) (170)·A상/B상 래치(179)(180)에 인가되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 루프전류값래치부(150)를 통해 모터전류를 피이드백 받게 되면, 상기 제어신호생성부(168)는 A상/B상 데이터의 최상위비트·루프전류값의 최상위비트·모터방향신호에 따라 16가지의 위상상태를 생성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 전류제어값생성부(100)는;

상기 분주기(10)로부터 10분주클럭신호(CLK10)를 인가받고 10.5ms 주기의 18분주클럭신호(CLK18)를 상기 기동신호발생부(109)로 인가하는 8분주기(102)와,

상기 8분주기 (102)및 어드레스생성부(110)의 위치이동펄스가 정지되고 150ms시간 경과후 하이레벨(H) 상태의 정지신호를 출력하는 정지신호발생부(104)와,

상기 정지신호 및 제 8분주기(102)의 클럭신호를 인가받은 상태에서 모터구동모드에는 최대의 홀딩전류값이 출력되고 정지모드일때는 10.5ms당 홀딩전류값이 1씩 감소되어 상기 홀딩전류설정값에 이르면 감소를 멈추는 완충기(106)와,

상기 완충기(106)의 출력신호·클럭신호·구동전류신호 및 정지신호를 인가받고 전류제어값을 출력하거나 상기 정지신호가 로우(L)레벨상태일때는 상기 구동전류신호값에 곱셈연산(×8)을 수행한 후 전류제어데이터값을 출력하는 곱셈기 (108)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 어드레스생성부(110)는;

상기 CW펄스신호, CCW/DIR신호, 1/2클럭방식신호, 정/역방향선택신호 및 기동신호를 인가받고 입력펄스방식을 선택하는 입력펄스방식선택부(112)와,

상기 입력펄스방식선택부(112)의 출력펄스값을 노이즈필터(114)를 매개하여 인가받고 제어신호 및 구동신호를 출력하는 제어신호발생부(116)와,

상기 제어신호발생부(116)의 제어신호 및 입력펄스방식선택부(112)의 DIR신호를 인가받고 정방향/역방향위상신호 및 위상값 또는 스텝값을 출력하는 제어신호해독부(118)와,

상기 기동신호 및 분해능선택신호의 입력에 따른 위상값 또는 스텝값을 위상값/스텝값입력부(120)를 매개하여 선택적으로 인가받아 출력하는 제 6멀티플렉서 (122)와,

상기 제 6멀티플렉서(122)의 출력값을 상기 제어신호해독부(118)의 제어신호에 따라 가감연산하고 상기 정방향/역방향위상신호를 출력할 수 있도록 제어신호해독부(118)로 캐리신호를 인가하는 한편, 상기 위상값 및 스텝값에 대한 가감연산을 반복수행하고 래치(126)에 래치하는 어큐뮬레이터(126)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 5항에 있어서,

상기 래치(126)에 래치되는 데이터는 상기 위상값을 넘지않으며, 그 위상값(P)은 스텝값(S)과의 관계에서 'N*S≤P'의 식(N=P/S를 만족하는 자연수이다)이 성립되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 모터구동데이터생성부(130)는;

상기 어드레스생성부(110)로부터 출력되는 정방향위상출력펄스 또는 역방향위상출력펄스를 검출하는 위상검출부(132)와,

소정 작동펄스값을 인가받아 상기 위상검출부(132)로부터 A상 또는 B상 데이터값을 선택적으로 인가받도록 선택신호 및 래치신호, 메모리리드신호를 출력하는 제어신호발생부(136)와,

상기 선택신호에 따라 상기 A상 또는 B상 데이터를 선택입력받는 제 7멀티플렉서(135)와,

상기 제 7멀티플렉서(135) 및 제어신호발생부(136)의 출력에 따라 A상/B상 데이터를 억세스하기 위해 어드레스를 생성하는 어드레스생성부(138)와,

상기 어드레스생성부(138)의 어드레스신호 및 제어신호발생부(136)의 메모리리드신호, 모터종류선택신호를 인가받고 기본파를 비롯하여 3/5/7/9고조파성분의 양에 따라 삼각파에서 구형파까지의 16종류의 데이터를 저장하는 메모리 (140)와,

상기 모터종류선택신호에 따라 상기 16종류의 모터 특성에 따라 A상/B상 데이터를 선택출력하는 래치(142)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 루프전류값래치부(150)는;

상기 클럭신호(CK6)를 인가받음과 아울러 모터전류의 A상/B상 전류의 합성전류를 피이드백받아 연산증폭기(158)에서 증폭하고 제어신호발생부(152)의 클럭/CS/데이터신호에 의해 AD콘버터(160)를 통해 디지털값을 인가받는 쉬프터레지스터 (154) 및 그 쉬프터레지스터(154)의 출력값을 래치하고 루프전류값을 출력하는 래치(156)로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 1항에 있어서,

상기 모터구동에 관련된 트랜지스터에 과전류가 흐를시 엑티브 로우신호를 인가받고 14.2㎲ 시간 경과후 전류차단신호(H) 및 에러신호를 출력하는 한편, 온도센서 및 온도센서인에이블로부터 인가되는 감지신호에 따라 전류차단신호 또는 에러신호만을 제 1내지 제 3판별부(194)를 통해 출력하는 프로텍트래치(192)가 포함되어 구비된 보호회로부(190)가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.
제 9항에 있어서,

상기 온도센서입력이 하이레벨, 온도센서인에이블이 로우레벨상태인 경우에는 전류차단신호와 에러신호를 제 1판별부(194)/제 2판별부(196)를 통해 출력하며, 온도센서인에이블이 하이레벨상태인 경우에는 제 2판별부(196)를 통해 에러신호만을 출력하는 한편, 상기 제 1판별부(194)의 전류오프입력이 로우레벨상태이면 제 1판별부(194)의 출력은 하이레벨상태를 유지하게 되어 모터전류를 차단하고,전류오프입력이 하이레벨상태이면 정상상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 마이크로 스텝핑모터의 구동장치.