KR200387544Y1 - Motor driving circuit for minimizing resistance of counter electromotive force - Google Patents
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Abstract
본 고안은 모터 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 구동 장치의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하기 위한 모터 구동 회로에 관한 것이다. 본 고안은 힘 반영 햅틱 장치(Haptic Device)용 모터 구동 회로에 적용되어, 햅틱 장치의 사용 시 구동 모터에서 발생되는 역기전력으로 인한 성능 저하를 방지한다. 현재까지의 햅틱 장치는 대부분 전기모터에 의해 구동되며, 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation) 방식의 모터 구동 회로를 장착하여 사용된다. PWM 신호는 H형태의 H-브리지 회로를 통하여 입력 전원으로 증폭되어 모터를 구동한다. 본 고안은 PWM 신호와 방향(DIR)신호를 받아 PWM신호가 로우일 때 출력이 로우가 되도록 하여 H-브리지 회로의 스위치를 스위칭하는 것으로, 햅틱 장치의 사용 시 발생하는 전기모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화한다. 이에 따라서, 본 고안의 모터 구동 회로는 햅틱 장치의 모터 구동을 위한 PWM 신호 처리기; 및 모터구동을 위한 H-브리지 회로로 구성된다. 본 고안에 의한 햅틱 장치용 모터 구동 회로는 힘반영이 필요한 사용자 인터페이스에 널리 응용될 수 있으며, 특히, 저가형 게임기 등의 조정기구 및 로봇 등의 기계시스템의 운전/조종 등의 분야에서 활용될 수 있다.The present invention relates to a motor drive circuit, and more particularly to a motor drive circuit for minimizing the resistance force by the back electromotive force of the motor drive device. The present invention is applied to a motor driving circuit for a force reflecting haptic device to prevent performance degradation due to back EMF generated from the driving motor when the haptic device is used. To date, haptic devices are mostly driven by electric motors, and are generally used by mounting a motor driving circuit of PWM (Pulse Width Modulation) method. The PWM signal is amplified by the input power through an H-shaped H-bridge circuit to drive the motor. The present invention is to switch the switch of the H-bridge circuit by receiving the PWM signal and the direction (DIR) signal so that the output is low when the PWM signal is low, the resistance force of the electric motor generated when using the haptic device Minimize. Accordingly, the motor driving circuit of the present invention includes a PWM signal processor for driving the motor of the haptic device; And an H-bridge circuit for driving the motor. The motor driving circuit for the haptic device according to the present invention can be widely applied to a user interface requiring force reflection, and in particular, it can be used in fields such as driving / manipulation of mechanical systems such as robots and adjustment mechanisms such as low-cost game machines. .
Description
본 고안은 모터 구동 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모터 구동 장치의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하기 위한 모터 구동 회로에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 힘 반영 햅틱 장치(Haptic Device)용 모터 구동 회로에 적용되어, 햅틱 장치의 사용 시 구동 모터에서 발생되는 역기전력으로 인한 성능 저하를 방지하기 위한 모터 구동 방법 및 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive circuit, and more particularly to a motor drive circuit for minimizing the resistance force by the back electromotive force of the motor drive device. In particular, the present invention is applied to a motor driving circuit for a force reflecting haptic device, and relates to a motor driving method and circuit for preventing the performance degradation due to back EMF generated in the drive motor when using the haptic device.
햅틱 장치는 조작자로부터 위치 입력을 받고, 조작자로 하여금 힘을 느낄 수 있도록 고안된 양방향 입출력 장치이다. 일반적으로 햅틱 장치는 모터로 구동 되는 기구부, 핸들과 같은 사용자 연결장치, 사용자 연결 장치의 위치 인식을 위한 센서부, 그리고 이들의 제어와 신호처리를 위한 제어기로 구성된다.The haptic device receives a position input from an operator and is a bidirectional input / output device designed to allow the operator to feel power. In general, the haptic device is composed of a motor-driven mechanism, a user connection device such as a handle, a sensor unit for location recognition of the user connection device, and a controller for control and signal processing thereof.
햅틱 장치의 대표적인 성능 항목으로서, 얼마나 넓은 영역에서 조작자의 위치 입력을 감지할 수 있는 가에 관한 위치 인식 가능 영역의 크기, 얼마나 정확하게 조작자의 위치입력을 감지할 수 있는 가에 관한 위치 인식의 정확도, 얼마나 큰 힘을 조작자에게 반영할 수 있는 가에 관한 최대 출력, 및 조작자의 운동에 따라 햅틱 장치 자체에서 발생하는 저항력의 크기에 관한 최대 저항력을 들 수 있다.Representative performance items of haptic devices, such as the size of the position recognizable area regarding how much the operator's position input can be detected, the accuracy of position recognition on how accurately the operator's position input can be detected, Maximum output on how much force can be reflected to the operator, and maximum resistance on the magnitude of the resistance generated by the haptic device itself according to the operator's movement.
본 고안의 모터 구동 방법 및 회로는 햅틱장치의 성능 항목 중 최대 저항력을 줄이는 기술에 관한 것이다. 앞서 설명한 바와 햅틱장치는 조작자로 하여금 가상적으로 힘을 느끼게 하여, 현실감을 주기위해 고안된 것으로, 장치 자체에 저항력이 있을 경우, 사용자는 피로감을 쉽게 느낄 수 있고, 더구나, 이러한 저항력은 반영하고자 하는 힘을 왜곡할 수 있다. 또한, 이를 보정하기 위해서는 고가의 센서 및 관련 장치가 필요하다.The motor driving method and circuit of the present invention are related to a technique for reducing the maximum resistance among the performance items of the haptic device. As described above, the haptic device is designed to give the operator a feeling of virtual force and give a sense of reality. When the device itself has resistance, the user can easily feel fatigue, and furthermore, the resistance to reflect the force It can be distorted. In addition, expensive sensors and related devices are required to correct this.
햅틱장치의 저항력은 기구부의 기계적 저항에서도 발생하지만, 전기모터의 역기전력을 통해서도 발생하며, 특히 가장 대표적인 모터 구동 회로인 PWM 및 H-브리지 회로는 가격적인 장점에도 불구하고 이런 문제 때문에 햅틱장치의 성능에 악영향을 미치는 것이 현실이다. 이를 극복하기 위해서 많은 햅틱 장치들이 모터 구동회로에 전류증폭방식의 회로를 채용하고 있지만, 이는 고가의 센서 및 관련 회로의 복잡성을 유발하는 단점을 가지고 있다.The resistivity of the haptic device also occurs in the mechanical resistance of the mechanism, but also through the back electromotive force of the electric motor. Especially, the PWM and H-bridge circuits, which are the most representative motor driving circuits, have a problem with the performance of the haptic device due to this problem. It is a reality that adversely affects. In order to overcome this problem, many haptic devices employ a current amplifying circuit in the motor driving circuit, but this has the disadvantage of causing the complexity of expensive sensors and related circuits.
본 고안에서 이루고자 하는 기술적인 과제는, 햅틱 장치와 같은 모터 구동 장치의 모터구동을 위한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공하여, 별도의 센서 없이도 역기전력에 의한 구동 저항력을 최소화하여 고품질의 힘반영 성능을 가진 햅틱 장치를 구현함에 본 고안의 목적이 있다.The technical problem to be achieved in the present invention is to provide a motor driving circuit that minimizes the resistance by the back EMF for driving the motor of a motor driving device such as a haptic device, by minimizing the driving resistance by the back EMF without a separate sensor An object of the present invention is to implement a haptic device having a force reflection performance.
본 고안은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 방법에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 수단; 및 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력하는 수단을를 포함하여, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention includes a H-bridge circuit for driving a motor by receiving an input signal of a pulse width modulation (PWM) method, the motor driving method for driving a motor, the PWM signal and the motor Means for receiving a direction signal for determining a driving direction of the motor and outputting a motor driving signal; And means for outputting all of the driving signals output to the H-bridge circuit low when the PWM signal is low, thereby providing a motor driving circuit which minimizes the resistance caused by the back electromotive force of the motor.
본 고안은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 회로에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 제어로직부를 포함하며, 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력함으로써, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention includes a H-bridge circuit for driving a motor by receiving an input signal of a pulse width modulation (PWM) method, the motor driving circuit for driving the motor, wherein the PWM signal and the motor And a control logic unit for receiving a direction signal for determining a driving direction of the motor and outputting a motor driving signal. When the PWM signal is low, all of the driving signals output to the H-bridge circuit are outputted low, thereby preventing the counter electromotive force of the motor. It provides a motor drive circuit to minimize the resistance by the.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 고안에 의한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로의 구성 및 동작을 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described the configuration and operation of the motor drive circuit for minimizing the resistance by the counter electromotive force according to the present invention.
본 고안의 실시예에 의한 본 고안의 특징 및 작용을 설명하기에 앞서, 기존 회로의 특징을 먼저 살펴보면 다음과 같다. Before describing the features and operations of the present invention according to an embodiment of the present invention, look at the features of the existing circuit as follows.
대표적인 PWM 방식의 모터 구동 회로는 도 1에 나타낸 바와 같다. 기존 회로의 제어 로직은 상위 제어기의 PWM 입력 신호(1)에 따라 제어로직부(2)에서 구동신호를 출력하게 되며, 이 구동신호들은 H-브리지 회로(3) 상의 4개의 드라이브 스위치(32, 34, 36, 38)(S1, S2, S3, S4)를 On-Off 제어하며, 도 2는 드라이브 스위치 구동 로직 테이블이다. 이때 모터(40)에 인가되는 등가 전압(Vm)의 크기는 Representative PWM motor driving circuit is shown in FIG. The control logic of the existing circuit outputs a drive signal from the control logic unit 2 according to the PWM input signal 1 of the host controller, and these drive signals are output from the four drive switches 32, H, on the H-bridge circuit 3. 34, 36, and 38 (S1, S2, S3, S4) are on-off controlled, and FIG. 2 is a drive switch driving logic table. At this time, the magnitude of the equivalent voltage (Vm) applied to the motor 40 is
Vm = (2.0) x (Vss) x (PWM Duty Cycle-0.5)Vm = (2.0) x (Vss) x (PWM Duty Cycle-0.5)
가 되며, 여기서 Vss는 전원전압(5)을 나타내고, PWM 듀티 사이클(Duty Cycle; 듀티비)은 PWM 신호의 펄스 주기당 On이 유지되는 시간의 비율을 나타낸다. Where Vss represents the power supply voltage 5 and PWM duty cycle (duty ratio) represents the ratio of time that On is maintained per pulse period of the PWM signal.
모터 출력이 0 인 순간의 듀티비는 0.5이다. 이 경우는 모터의 양극단이 회로적으로 연결된 상태로 도 3에서 보는 바와 같은 등가회로를 구성한다고 볼 수 있다. 모터(40)의 양극단(42, 4)이 연결된 상태에서 만약 모터가 외부의 힘에 의하여 동작하게 되면, 모터(40)는 발전기로 동작하여 역기전력에 의하여 모터의 동작에 반하는 저항력이 발생한다. 이런 회로적인 문제로 도 1의 PWM 구동 회로를 햅틱 장치용 모터에 적용할 경우, 상위 제어기에서 모터의 출력이 0이 되도록 PWM신호를 생성하여도, 조작자에게 저항력을 느끼게 하여 햅틱장치의 성능을 저하시킨다.The duty ratio at the moment the motor output is zero is 0.5. In this case, it can be seen that an equivalent circuit as shown in FIG. If the motor is operated by an external force in the state in which both ends 42 and 4 of the motor 40 are connected, the motor 40 operates as a generator to generate a resistance against the operation of the motor by counter electromotive force. When the PWM driving circuit of FIG. 1 is applied to a haptic device motor due to such a circuit problem, even if a PWM signal is generated such that the output of the motor is zero in the host controller, the operator feels resistance and degrades the performance of the haptic device. Let's do it.
본 고안은 이런 단점을 해결하기 위하여, 펄스폭변조(PWM) 방식의 입력신호를 받아서 모터를 구동시키는 H-브리지회로를 구비하여 모터를 구동시키는 모터 구동 방법에 있어서, 상기 PWM신호와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향신호를 받아 모터 구동신호를 출력하는 수단; 및 상기 PWM신호가 로우일 때, 상기 H-브리지 회로에 출력되는 구동신호를 모두 로우로 출력하는 수단을 포함하여, 모터의 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공한다.In order to solve this disadvantage, the present invention is to provide a motor driving method for driving a motor having an H-bridge circuit for driving a motor by receiving an input signal of a pulse width modulation (PWM) method, the PWM signal and the driving of the motor Means for receiving a direction signal for determining a direction and outputting a motor driving signal; And means for outputting all of the driving signals output to the H-bridge circuit low when the PWM signal is low, thereby providing a motor driving circuit which minimizes the resistance caused by the back electromotive force of the motor.
본 고안의 모터 구동 회로는 모터를 사용하는 시스템에 모두 적용할 수 있지만, 여기서는 조작자로 하여금 가상적으로 힘을 느끼게 하여 현실감을 주기 위해 사용되는 햅틱장치의 모터 구동 회로에 적용되는 것을 구체적으로 설명하기로 한다.The motor driving circuit of the present invention can be applied to all systems using a motor, but here, it will be described in detail that it is applied to the motor driving circuit of a haptic device that is used to give an operator a virtual feeling of reality. do.
<실시예><Example>
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 햅틱 장치를 위한 모터 구동회로의 구성도이다. 본 고안에서는 앞서 언급한 역기전력에 의한 저항력 문제를 해결하기 위하여, 도 4와 같은 구동회로를 고안하였으며, 햅틱장치용 제어로직을 도 5와 같이 구현함으로써 역기전력을 최소화할 수 있도록 하였다. 도 5와 같은 제어 로직을 위한 구체적인 회로는 다양한 형태로 존재하기 때문에 본 실시예에서는 설명을 생략한다.4 is a block diagram of a motor driving circuit for a haptic device according to an embodiment of the present invention. In the present invention, in order to solve the resistance problem caused by the counter electromotive force, the driving circuit as shown in FIG. 4 was devised, and the counter electromotive force was minimized by implementing the control logic for the haptic device as shown in FIG. Since detailed circuits for the control logic as shown in FIG. 5 exist in various forms, a description thereof will be omitted.
본 고안의 PWM 방식의 모터 구동 회로는 도 4에 나타낸 바와 같다. 제어로직부(20)의 제어 로직은 구현된 햅틱 장치용 제어로직의 입력은 PWM신호(10)와 모터의 구동방향을 정하기 위한 방향(DIR)신호(15)이며, 제어로직부(20)에서 입력신호들을 논리조합하여 구동신호를 출력하게 되며, 이 구동신호들은 H-브리지 회로(30) 상의 4개의 드라이브 스위치(320, 340, 360, 380)(S1, S2, S3, S4)를 On-Off 제어하며, 도 2는 드라이브 스위치 구동 로직 테이블이다. .The PWM motor drive circuit of the present invention is as shown in FIG. The control logic of the control logic unit 20 is the input of the control logic for the haptic device implemented is a PWM signal 10 and a direction (DIR) signal 15 for determining the driving direction of the motor, the control logic unit 20 The driving signals are output by logically combining the input signals, and the driving signals are turned on by four drive switches 320, 340, 360, and 380 (S1, S2, S3, and S4) on the H-bridge circuit 30. Off control, Figure 2 is a drive switch drive logic table. .
이때 모터(400)에 인가되는 전압의 크기는At this time, the magnitude of the voltage applied to the motor 400
Vm = (Vss) x (PWM Duty Cycle)Vm = (Vss) x (PWM Duty Cycle)
가 되며, 전압의 극성은 DIR신호가 High인 경우는 양의 값이 되고, Low인 경우에는 음의 값이 된다.The polarity of the voltage is positive when the DIR signal is high and negative when low.
이렇게 구성된 모터 구동회로는 PWM 신호가 High인 경우에는 모터에 전압이 인가되며, PWM 신호가 Low인 경우에는 모든 드라이브 스위치(320, 340, 360, 380)(S1, S2, S3, S4)를 오프(Off)함으로써 모터의 양극이 연결되던 기존의 경우와는 다르게, 회로적으로 분리가 되며, 이 경우 역기전력은 발생하지 않는다. In the motor driving circuit configured as above, voltage is applied to the motor when the PWM signal is high. When the PWM signal is low, all the drive switches 320, 340, 360, and 380 (S1, S2, S3, S4) are turned off. (Off), unlike the conventional case in which the positive pole of the motor is connected, the circuit is separated. In this case, no counter electromotive force is generated.
이렇게 구현된 모터 구동회로가 햅틱 장치에 적용될 경우, 역기전력에 의한 햅틱 장치의 저항력은 최소화 될 수 있다. When the motor driving circuit implemented as described above is applied to the haptic device, the resistance of the haptic device due to counter electromotive force can be minimized.
상술한 바와 같이, 본 고안은 햅틱 장치와 같은 모터 구동 장치의 모터구동을 위한 역기전력에 의한 저항력을 최소화하는 모터 구동 회로를 제공하여, 별도의 센서 없이도 역기전력에 의한 구동 저항력을 최소화하여 고품질의 힘반영 성능을 가진 햅틱 장치를 구현할 수 있다.As described above, the present invention provides a motor driving circuit that minimizes the resistance by the back EMF for driving the motor of a motor driving device such as a haptic device, minimizing the driving resistance by the back electromotive force without a separate sensor to reflect high quality force Haptic devices with performance can be implemented.
도 1은 종래의 모터 구동 회로를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.1 is a circuit diagram schematically illustrating a conventional motor driving circuit.
도 2는 도 1에 의한 PWM 방식에 의한 모터 구동 제어 논리 테이블이다.FIG. 2 is a motor drive control logic table based on the PWM method of FIG. 1.
도 3은 모터 출력이 0인 순간의 모터 구동 회로의 등가회로도이다.3 is an equivalent circuit diagram of the motor driving circuit at the moment when the motor output is zero.
도 4는 본 고안에 의한 모터 구동 회로를 개략적으로 설명하기 위한 회로도이다.4 is a circuit diagram for schematically illustrating a motor driving circuit according to the present invention.
도 5는 도 4에 의한 PWM 방식에 의한 모터 구동 제어 논리 테이블이다.FIG. 5 is a motor drive control logic table based on the PWM method of FIG. 4.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10...PWM신호 15...방향신호10 ... PWM signal 15 ... Direction signal
20...제어로직회로 30...H-브리지회로20 ... control logic circuit 30 ... H-bridge circuit
320-380,,,스위치 400...모터320-380, switch 400 ... motor
500...전원500 ... power
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101116132B1 (en) | 2006-08-03 | 2012-02-22 | 주식회사 만도 | H-bridge circuit For Electric Parking Brake |
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2005
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| KR101116132B1 (en) | 2006-08-03 | 2012-02-22 | 주식회사 만도 | H-bridge circuit For Electric Parking Brake |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| U107 | Dual application of utility model | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20080610 Year of fee payment: 4 |
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| EXTG | Extinguishment |