KR100416865B1 - 저 잡음 및 고 효율의 브러쉬리스 모터 구동 회로 - Google Patents

저 잡음 및 고 효율의 브러쉬리스 모터 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전자 및 각각의 위상의 여자 코일을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 모터 구동 회로를 개시한다. 각각의 위상에 대한 사각파형 회전자 위치 신호가 생성되고, 회전자 위치 신호의 반주기는 여자 코일의 유도 전압의 극성 반전으로부터 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응한다. 회전자 위치 신호에 기초하여, 여자 코일의 여자는 사각파형 온-제어 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파 펄스폭 변조(PWM) 제어를 사용함으로써 여자 전류를 전도시키기 위한 스위치 소자들을 제어함으로써 수행된다. 그의 펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호가 발생된다. 여자 코일의 여자는 사각파형 온-제어 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 직전 및 직후의 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어된다.

Description

저 잡음 및 고 효율의 브러쉬리스 모터 구동 회로{Brushless motor drive circuit having low noise and high efficiency}
(발명의 분야)
본 발명은 일반적으로 반도체 집적 회로로서 형성된 브러쉬리스 모터 구동 회로(brushless motor drive circuit)에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압이 검출되고, 각각의 위상의 여자 코일 각각에 대해, 사각파형 신호인 회전자 위치 신호가 생성되고 그의 반주기가 유도 전압의 극성 반전으로부터 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 주기에 대응하는 브러쉬리스 모터 구동 회로에 관한 것이다. 회전자 위치 신호들에 기초하여, 스위칭 소자들은 사각파형 제어되고(되거나) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM(펄스폭 변조) 제어되고, 그로 인해 여자 코일의 여자가 제어된다.
(발명의 배경)
도 10은 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 종래의 반도체 집적 회로(100)를 포함하는 회로를 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 반도체 집적 회로(100)는 성형 결선(star connection)형 3상 브러쉬리스 모터(1), 모터(1)의 회전 속도 제어 신호를 공급하기 위한 마이크로컴퓨터(2), DC 전원(VDD)과 결합되고 접지된다. 모터(1)의 여자 코일들(3, 4 및 5)은 성형 결선되고, 각각 U 위상, V 위상 및 W 위상에 대응한다. 여자 코일들(3, 4 및 5)의 하나의 단자는 각각 U 위상 단자(U), V 위상 단자(V) 및 W 위상 단자(W)에 결합되고, 여자 코일들(3, 4 및 5)의 나머지 단자들은 중간 지점으로서 중간점 단자(C)에 공통으로 결합된다. 마이크로컴퓨터(2)는 입력 단자(S)에 결합된다.
반도체 집적 회로(100)는 각각의 위상에 대한 여자 전류를 소정의 타이밍으로 여자 코일들(3, 4 및 5)에 공급하는 브리지 출력 회로(6)를 포함한다. 여자 전류 각각의 전류 값은 PWM 제어에 의해 제어된다. 반도체 집적 회로(100)는 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생되는 유도 전압을 감지하는 검출기 회로(7)를 역시 포함하고, 사각파형 회전자 위치 신호(PU, PV 및 PW)를 생성한다. 반주기, 즉, 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각의 π라디안은 유도 전압의 극성이 전환되는 제로 크로스(zero-cross)로부터 유도 전압의 극성이 다음 번에 전환되는 다음 제로 크로스에 이르는 주기에 대응한다. 반도체 집적 회로(100)는 마이크로컴퓨터(2)로부터 공급된 회전 속도 제어 신호의 전압에 따라 변화하는 펄스폭 변조를위한 전압으로서 내부 전압을 발생시키는 내부 전압 발생 회로(8)를 추가로 포함한다. 반도체 집적 회로(100)는 삼각파형 전압을 발생시키는 삼각파형 발생 회로(9) 및 이 삼각파형 발생 회로(9)로부터 삼각파형 전압을 사용함으로써 내부 전압 발생 회로(8)로부터 내부 전압을 펄스폭 변조시킴으로써 얻어지는 PWM 신호를 발생시키는 비교기(10)를 포함한다. 반도체 집적 회로(100)는 비교기(10)로부터 PWM 신호 및 검출기 회로(7)로부터 회전자 위치 신호에 기초하여, 브리지 출력 회로(6)에 대한 여자 또는 전류 전도 타이밍 제어 및 PWM 제어 제어를 수행하는 제어 회로(11)를 추가로 포함한다.
브리지 출력 회로(6)는 여자 코일들(3, 4 및 5) 각각으로의 전류 전도 타이밍을 제어하는 P 채널 타입 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3) 및 여자 코일들(3, 4 및 5)로의 전류 값의 PWM 제어를 소정의 타이밍으로 수행하는 N 채널 타입 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)를 포함한다. 제어 회로(11)는 전류 전도 타이밍 신호들을 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급하고, 전류량 제어 신호를 MOS 트랜지스터(Q4, Q6 및 Q6)에 공급한다. MOS 트랜지스터(Q1 및 Q4), MOS 트랜지스터(Q2 및 Q5), 및 MOS 트랜지스터(Q3 및 Q6)의 주요 전류 경로들은 각각 직렬로 결합된다. MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 소스 전극들은 전원(VDD)에 공통으로 결합되고, MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 소스 전극들은 공통으로 접지된다. MOS 트랜지스터들(Q1 및 Q4) 간의 공통 접속 노드, MOS 트랜지스터들(Q2 및 Q5) 간의 공통 접속 노드, 및 MOS 트랜지스터들(Q3 및 Q6) 간의 공통 접속 노드는 모터(1)의 단자들(U, V 및 W)과 각각 결합된다.
검출기 회로(7)는 단자(U, V, W 및 C)를 통해 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하거나 또는 감지한다. 도면에 도시하지 않았지만 검출기 회로(7) 내에 제공된 집적 회로 및 비교기를 사용함으로써, 검출기 회로(7)는 사각파형 회전자 위치 신호(PU, PV 및 PW)를 생성한다. 반주기, 즉, 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각의 π라디안은 유도 전압의 극성이 전환되는 제로 크로스로부터 유도 전압의 극성이 다시 다음 번에 전환되는 다음 제로 크로스에 이르는 주기에 대응한다.
제어 회로(11)는 비교기(10)로부터 PWM 신호 및 검출기 회로(7)로부터 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 수신한다. 그에 따라, 제어 회로(11)는 각각의 여자 코일들(3, 4 및 5)로의 전류 전도 타이밍을 결정한다. 제어 회로(11)는 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급된 전류 전도 타이밍 제어 신호 및 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전극에 공급된 전류량 제어 신호들을 생성한다. 모터의 시작 시점에서, 유도 전압은 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생되지 않음으로써, 검출기 회로(7)는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 생성하지 않는다. 따라서, 모터의 출발 시점에서, 소정의 시작 패턴 신호들은 도면에 도시되지 않은 시작 회로로부터 제어 회로(11)에 공급된다.
도 10 및 도 11a-11d를 참조하여, 상기 구조를 갖고, 반도체 집적 회로(100)가 도 10에 도시된 바의 모터(1)와 결합될 때, 반도체 집적 회로(100)의 연산에 대한 설명이 주어질 것이다. 각각의 여자 코일들(3, 4 및 5)의 전류 전도 타이밍 및 전류량의 제어에 대한 상세한 설명은 이후 제공될 것이다. 제어 회로(11)는 도11a에 나타낸 바의 전류 전도 타이밍을 세팅한다. 도 11d에 나타낸 바와 같이, 제어 회로(11)는 사각파형의 전류 전도 타이밍 제어 신호들을 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급하고, 전류량 제어 신호를 각각의 타이밍에 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전극에 공급한다. 전류량 제어 신호들 각각은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호이고, 각각의 제어 타이밍 동안 일정한 당번(on-duty) 사이클을 갖는다. 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호의 당번 사이클은 필요 전류량에 의존되어 변화한다. 도 11b에 나타낸 순서에서, MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)는 사각파형 신호들(SQ-ON CONTROL)에 의해 제어중이고, 또한 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어된다(PWSQ-PWM CONTROL). 모터(1)에서, 3가지 위상의 여자 코일들(3, 4 및 5) 사이에서, 전류는 도 11a에 나타낸 순서대로 고위측 전압, 즉, VDD에 결합된 위상의 여자 코일로부터 저위측 전압, 즉, 접지에 결합된 위상의 여자 코일로 흐른다. 즉, 2가지 위상의 여자 코일은 도 11a에 나타낸 위상의 순서대로 순차로 에너자이즈되고, 그에 따라 모터(1)의 회전자는 회전한다. 전류의 방향은 다음 6가지 조건이 순차로 반복되도록 변화한다. 즉, 전류가 단자(U)로부터 단자(V)로 흐르는 조건, 전류가 단자(U)로부터 단자(W)로 흐르는 조건, 전류가 단자(V)로부터 단자(W)로 흐르는 조건, 전류가 단자(V)로부터 단자(U)로 흐르는 조건, 전류가 단자(W)로부터 단자(U)로 흐르는 조건, 전류가 단자(W)로부터 단자(V)로 흐르는 조건.
모터(1)의 각각의 여자 코일들(3, 4 및 5)의 전류 전도 또는 에너자이징 타이밍은 다음과 같이 제어된다. 각각의 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생된유도 전압은 단자(U, V, W 및 C)를 통해 검출기 회로(7)에 공급된다. 도면에 도시되지 않았지만, 검출기 회로(7) 내부에 제공된 집적 회로 및 비교기를 사용함으로써, 검출기 회로(7)는 도 11c에 나타낸 파형을 갖는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 생성하고, 이들 신호를 제어 회로(11)에 공급한다. 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 수신한 후, 제어 회로(11)는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)에 기초하여 전류 전도 타이밍을 결정하고, 도 11d에 나타낸 바의 게이트 전압 신호들을 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3) 및 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)에 공급한다. 그에 따라, MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)는 사각파형 온-제어이고, MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)는 도 11b에 나타낸 타이밍에 따라, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어된다.
다른 한편, 모터(1)의 여자 코일들(3, 4 및 5)에 공급된 전류량은 다음과 같이 제어된다. 즉, 회전 속도 제어 신호가 마이크로컴퓨터(2)로부터 내부 전압 발생 회로(8)에 공급될 때, 내부 전압 발생 회로(8)는 회전 속도 제어 신호를 비교기(8)의 비전환(+) 입력 단자에 공급되는 내부 전압 신호로 변환시킨다. 비교기(8)는 내부 전압 신호를 삼각파형 발생 회로(9)로부터 삼각파형 신호와 비교하고, 제어 회로(11)에 공급되는 PWM 신호를 발생시킨다. PWM 신호는 목적하는 회전 속도가 얻어지도록 모터 전류를 제어하도록 사용된다. PWM 신호를 사용함으로써, 상기한 바와 같이 결정된 전류 전도 타이밍에 기초하여, 도 11b에 나타낸 타이밍에 따라 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위해 사용되는 전류량 제어 신호들이 발생된다. 전류량 제어 신호들은 도 11d에 나타낸 바의 MOS트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전극에 공급된다. 타이밍이 도 11b에 나타난 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 사각파형 제어와 비교하여, 여자 코일들을 통해 흐르는 전류의 방향은 상기 6가지 조건들이 순차로 반복되고, 그에 따라 모터(1)가 회전되도록 변화한다. 마이크로컴퓨터(2)로부터 공급되는 회전 속도 제어 신호는 다음과 같이 생성된다. 즉, 도면에 도시되지 않은 내부 회로에서, 회전 속도 신호는 검출기 회로(7)에 의해 얻어진 전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)로부터 발생되고, 마이크로컴퓨터(2)에 공급된다. 마이크로컴퓨터(2)는 회전 속도 신호를 목적하는 회전 속도에 대응하는 신호와 비교하고, 그 사이의 전압차로부터 회전 속도 제어 신호를 발생시킨다.
이러한 방식으로, MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)는 사각파형 온-제어이고, MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어되고, 그로 인해 모터(1)의 회전이 제어된다.
상기 반도체 집적 회로(100)에서, MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전압 파형, 즉, 전류 전도 타이밍 제어 신호들은 사각파형 신호들을 사용함으로써 제어된다. 또한, MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전압 파형, 즉, 전류량 제어 신호는 각각 일정한 당번 사이클을 갖는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 파형을 사용함으로써 각각의 제어 타이밍에 대해 PWM 제어된다. 그러나, 게이트 전압 파형은 사각파형이기 때문에, 모터(1)는 이들 파형의 상승 에지부 및 하강 에지부에서 많은 잡음을 발생시킨다.
그러한 문제점을 해결하기 위한 모터 구동 장치는 예를 들면 일본국 특허 공개 공고 제11-235079호에 제안되어 있다. 이 공고에 개시된 모터 구동 장치에서, 모터 여자 코일들에 공급된 전류 신호들은 전류 신호들의 상승 에지 및 하강 에지들이 경사지도록 소프트 스위칭 제어된다. 그러한 소프트 스위칭 제어를 수행하기 위해, 이 공고에 개시된 모터 구동 장치에서, 전류 전도되는 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지들을 경사지게 함으로써 얻어진 펄스 신호들인 위상 스위칭 사다리꼴파 신호들 및 복합 사다리꼴파 신호들이 생성된다. 위상 스위칭 사다리꼴파 신호들 및 복합 사다리꼴파 신호들의 경사는 다음과 같이 생성된다. 즉, 펄스(Tg)는 각각의 전류 전도 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지에 의해 트리거에 응답하여 생성되고, 펄스(Vslope)는 펄스(Tg)에 의해 트리거에 응답하여 생성된다. 펄스(Vslope)에 기초하여, 상기 경사가 생성되고, 따라서, 경사는 모터의 회전 속도와 무관하게 일정하다. 또한, 전류 전도 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지는 위상 스위칭 사다리꼴파 신호들 및 복합 사다리꼴파 신호들로서 그대로 이용된다.
상기 공고에 개시된 모터 구동 장치에서, 모터 여자 코일에 공급된 전류 신호들은 전류 신호들의 상승 에지 및 하강 에지가 경사지도록 소프트 스위칭 제어된다. 따라서, 회전자의 자력 선속은 사인 함수에 따라 변화하고, 따라서 모터 여자 코일의 여자 자력 선속과 회전자의 자력 선속 사이에 편차가 발생함으로써, 잡음 감소 효과가 낮아진다. 따라서, 상기 공고에 개시된 모터 구동 장치에서, 잡음에 대한 대책은 불충분하였다.
또한, 상기 소프트 스위칭 제어를 수행하기 위해, 전류 전도 위치 신호들의상승 에지 및 하강 에지를 경사시킴으로써 얻어진 펄스 신호들인 위상 스위칭 사다리꼴파 신호 및 복합 사다리꼴파 신호들이 생성된다. 위상 스위칭 사다라꼴파 신호들 및 복합 사다리꼴파 신호들의 경사는 먼저 각각의 전류 전도 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지에 의해 트리거에 응답하여 펄스(Tg)를 발생시키고, 이어서 펄스(Tg)에 의해 트리거에 응답하여 펄스(Vslope)를 생성함으로써 생성된다. 펄스(Vslope)에 기초하여, 상기 경사가 생성되고, 따라서 경사는 모터의 회전 속도와 무관하게 일정하다. 따라서, 회전 속도가 낮을 때, 전류 전도 위치 신호들 각각의 주기에 대한 전류 전도 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지의 폭의 비율은 작아진다. 따라서, 잡음 감소 효과는 낮아지고, 잡음에 대한 대책은 불충분하게 된다.
또한, 전류 전도 위치 신호들의 상승 에지 및 하강 에지는 위상 스위칭 사다리꼴파 신호들 및 복합 사다리꼴파 신호들의 상승 에지 및 하강 에지로서 그대로 이용된다. 따라서, 여자 코일의 전류 전도 또는 에너자이징은 회전자의 위치에 관하여 최적 조건으로 수행되지 않고, 큰 회전 효율을 얻기는 불가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 회전 속도로 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 큰 회전 효율을 제공할 수 있고 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 단순한 회로 구조를 갖고, 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 브러쉬리스 모터를 위한 종래의 구동 회로의 단점을 제거하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 반도체 집적 회로를 포함하는 회로를 나타내는 블록 회로도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 나타낸 반도체 집적 회로의 세부적인 연산을 예시하는 타이밍도.
도 3은 도 1에 나타낸 반도체 집적 회로에 포함된 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로의 회로 구조를 나타내는 블록 회로도.
도 4는 도 3에 나타낸 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로에 포함된 연산 회로의 회로 구조를 나타내는 블록 회로도.
도 5는 타이밍 신호 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍의 발생을 예시하는 타이밍도.
도 6은 시프트 신호의 발생을 예시하는 타이밍도.
도 7은 도 1에 나타낸 반도체 집적 회로에 포함된 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로의 회로 구조를 나타내는 블록 회로도.
도 8a 내지 도 8c는 도 1에 나타낸 고위측 트랜지스터의 제어에 관련된 여러 가지 신호를 나타내는 타이밍도.
도 9a 내지 도 9c는 도 1에 나타낸 저위측 트랜지스터의 제어에 관련된 여러 가지 신호를 나타내는 타이밍도.
도 10은 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 종래의 반도체 집적 회로를 포함하는 회로를 나타내는 회로도.
도 11a 내지 도 11d는 도 10에 나타낸 종래의 반도체 집적 회로의 세부적인 연산을 예시하는 타이밍도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 성형 결선형 3상 브러쉬리스 모터
2: 마이크로컴퓨터
3, 4, 5: 여자 코일
6, 26: 브리지 출력 회로
7, 27: 검출기 회로
8, 28: 내부 전압 발생 회로
9, 29: 삼각파형 전압 발생 회로
10, 30: 비교기
28: 내부 전압 발생 회로
29: 삼각파형 전압 발생 회로
31: 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로
32: 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로
41: T-카운터
49: 시프트 신호 발생 회로
53, 54: 비교기
55, 56: 버퍼
59, 60: 아날로그 스위치 회로
100, 200: 반도체 집적 회로
본 발명의 일 양상에 따라, 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로; 유도 전압의 극성 반전으로부터 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는 회전자 위치 신호의 반주기로 각각의 위상의 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로; 회전자 위치 신호에 기초하여, 사각파형 온-제어(square wave on-control) 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파 펄스폭 변조(PWM) 제어를 사용함으로써 여자 코일을 통해 여자 전류를 전도시키기 위한 스위칭 소자를 제어함으로써 여자 코일의 여자 제어를 수행하는 제어 회로; 및 그의 펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시키는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고, 여기서, 여자 코일의 여자는 사각파형 온-제어 부분 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 직전 및 직후의 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는 것인, 회전자 및 각각의 위상의 여자 코일을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로가 제공된다.
이러한 경우에, 여자 코일은 3개의 위상 여자 코일을 포함하고, 여자 제어는 2개의 위상마다 여자 코일의 순차 여자를 포함하고, 스위칭 소자는 전류 전도 타이밍을 제어하기 위한 스위칭 소자 및 전류량을 제어하기 위한 스위칭 소자를 포함하고, 전류 전도 타이밍을 제어하기 위한 스위칭 소자는 사각파형 온-제어이고, 전류량을 제어하기 위한 스위칭 소자는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양상에 따라, 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로; 유도 전압의 극성 반전으로부터 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는 회전자 위치 신호의 반주기로 각각의 위상의 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로; 회전자 위치 신호에 기초하여, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자 및 전류량 제어를 위한 스위칭 소자를 제어함으로써 여자 코일의 여자 제어를 수행하고, 여자 제어는 2개의 위상마다 여자 코일을 순차로 여자시킴으로써 수행되는 것이고, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자는 사각파형 온-제어인 것이고, 전류량 제어를 위한 스위칭 소자는 펄스폭 변조된 사각파형 PWM 제어되는 것인 제어 회로; 및 그의 펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시키는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고, 여기서, 여자 코일의 여자는 사각파형 온-제어 부분 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 직전 및 직후의 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는 것인, 회전자 및 3개의 위상의 여자 코일을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로가 제공된다.
각각의 위상의 회전자 위치 신호들 각각의 반주기의 길이는 T의 카운트 값을 얻도록 카운트되고, 여기서, T의 카운트값으로부터, T/2의 값은 연산에 의해 얻어지고, 적절한 시간의 T/2 경과 지점은 어떤 지점이 상기 반주기가 카운트된 위상의 회전자 위치 신호의 반주기의 카운트의 종료 직후 각각의 에지로부터 T/2 후가 되는 경우에 얻어지고, 적절한 시간의 T/2 경과 지점은 상기 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상의 사각파형 온-제어 타이밍들 간의 스위칭 지점 또는 상기 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍들 간의 스위칭 지점이 되도록 결정되는 것이 바람직하다.
사각파형 온-제어 부분 및 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 각각의 타이밍폭은 2T/3인 것이 또한 바람직하다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T/6 미만인 것이 더욱 바람직하다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T값에 기초하여 결정되는 것이 유리하다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T를 2의 배수로 나눔으로써 얻어진 값인 것이 또한 유리하다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T/8인 것이 더욱 유리하다.
T로부터 연산에 의해 T/2, T/4 및 T/8을 얻은 후 및 연산에 의해 (T/4+T/8) 및 (T/2+T/8)을 얻은 후, 회전자 위치 신호의 카운트 종료 직후의 에지에서 T/2 경과된 시간으로부터 (T/2+T/8) 경과된 시간에 이르는 T/8의 폭을 갖는 시간 주기 및 (T/4+T/8) 경과된 시간으로부터 T/2 경과된 시간에 이르는 T/8의 폭을 갖는 시간 주기는 회전자 위치 신호가 카운트되는 위상와 상이한 다른 나머지 2개의 위상에 대한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍 폭인 것으로 결정되는 것이 바람직하다.
T로부터의 연산에 의해 T/64를 얻은 후 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭 T/8 중의 T/64에 의해 순차로 시프트되는 8개의 시프트 신호를 생성한 후, 스텝 전압은 펄스폭 변조를 위한 전압을 사인 곡선 함수에 기초하여 결정된 전압 분할비를 사용함으로써 8개의 분할 전압으로 분할하고, 시프트 신호들을 사용함으로써 8개의 분할된 전압으로부터 분할 전압을 순차로 선택함으로써 얻어지는 것이고, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호는 삼각파형 전압을 사용함으로써 스텝 전압을 펄스폭 변조시킴으로써 얻어지는 것이 역시 바람직하다.
펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를 위한 전압은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위한펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 생성하기 위해서 역시 사용되고, 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압이며, 사각파형 온-제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를 위한 전압은 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압의 최대값인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따라, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자 및 전류량 제어를 위한 스위칭 소자를 포함하고 2개의 위상마다 여자 코일을 순차로 여자시킴으로써 여자 제어를 수행하는 브리지 출력 회로; 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로; 유도 전압의 극성 반전으로부터 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는 회전자 위치 신호의 반주기로 각각의 위상의 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로; 회전자 위치 신호에 기초하여, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자들을 사각파형 제어하고 전류량 제어를 위한 스위칭 소자들을 펄스폭 변환된 사각파 펄스폭 변조(PWM) 제어함으로써 여자 코일의 여자 제어를 수행하는 제어 회로; 타이밍 신호들 및 시프트 신호들을 발생시키는 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로; 및 그의 펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시키는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고, 여기서, 여자 코일의 여자는 사각파형 온-제어 부분 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 직전 및 직후의 펄스폭 변환된사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는 것인, 회전자 및 3개의 위상의 여자 코일을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로가 제공된다.
이러한 경우에, 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로는 타이밍 신호들 및 시프트 신호들을 생성하기 위해, 회전자 위치 신호들 각각의 반주기의 길이를 카운트하고, T로서 이러한 카운트에 의해 얻어진 카운트 값을 출력하는 T-카운터, 카운트 값 T를 유지하는 보유 회로, 및 보유 회로에 의해 유지된 카운트 값 T, T-카운터로부터 출력되는 T값 및 회전자 위치 신호를 연산하는 연산 회로를 포함하는 것이 바람직하다.
연산 회로는 보유 회로 내에 유지되는 T값에 기초하여, T/2 신호, T/4 신호, T/8 신호 및 T/64 신호를 각각 생성하는 T/2 연산 회로, T/4 연산 회로, T/8 연산 회로 및 T/64 연산 회로; 타이밍 신호들을 생성하기 위해 T/2 신호, T/4 신호, T/8 신호, T-카운터로부터 T값 및 회전자 신호를 논리적으로 처리하는 타이밍 신호 발생 회로; 및 시프트 신호들을 생성하기 위해 T/64 신호 및 타이밍 신호들을 논리적으로 처리하는 시프트 신호 발생 회로를 포함하는 것이 역시 바람직하다.
타이밍 신호 발생 회로는 회전자 위치 신호의 카운트 종료 직후의 에지로부터, T/2 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제1 타이밍 신호, (T/4+T/8) 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제2 타이밍 신호, (T/2+T/8) 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제3 타이밍 신호를 생성하는 것이 더욱 바람직하다.
제어 회로는 제1 타이밍 신호의 에지로부터 제1 타이밍 신호와 상기 제3 타이밍 신호 간의 배타적 OR 논리 연산에 의해 얻어진 제3 타이밍 신호의 에지에 이르는 T/8의 폭을 갖는 타이밍부 및 상기 제2 타이밍 신호의 에지로부터 제1 타이밍 신호와 제2 타이밍 신호 간의 배타적 OR 논리 연산에 의해 얻어진 제1 타이밍 신호의 에지에 이르는 T/8의 폭을 갖는 타이밍부를 포함하는 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부를 생성하는 것이 유리하다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로는 제1 스텝 전압을 생성하기 위해, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되고, 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압의 최대값 및 시프트 신호들을 수용하는 제1 스텝 전압 발생 회로; 제2 스텝 전압을 생성하기 위해, 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압 및 시프트 신호들을 수용하는 제2 스텝 전압 발생 회로; 삼각파형 전압을 사용함으로써 제1 스텝 전압의 펄스폭 변조를 수행하고 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자들에 공급되는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하는 제1 비교기; 및 삼각파형 전압을 사용함으로써 제2 스텝 전압의 펄스폭 변조를 수행하고 전류량 제어를 위한 스위칭 소자들에 공급되는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하는 제2 비교기를 포함하는 것이 더욱 유리하다.
본 발명의 이들 특징 및 장점, 및 기타 특징 및 장점은 수반된 도면과 연관시켜 취한 하기 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이며, 여기서 동일한 참조 번호는 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 또는 대응하는 부분을 나타낸다.
(바람직한 실시예의 설명)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 반도체 집적 회로(200)를 포함하는 회로를 나타내는 블록 회로도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 반도체 집적 회로(200)는 성형 결선형 3상 브러쉬리스 모터(1), 모터(1)의 회전 속도 제어 신호를 공급하기 위한 마이크로컴퓨터(2), DC 전원(VDD)과 결합되고 접지된다. 모터(1)의 여자 코일들(3, 4 및 5)은 성형 결선되고, 각각 U 위상, V 위상 및 W 위상에 대응한다. 여자 코일들(3, 4 및 5)의 하나의 단자는 각각 U 위상 단자(U), V 위상 단자(V) 및 W 위상 단자(W)에 결합되고, 여자 코일들(3, 4 및 5)의 나머지 단자들은 중간 지점 또는 중심 탭으로서 중간점 단자(C)에 공통으로 결합된다. 마이크로컴퓨터(2)는 입력 단자(S)에 결합된다.
반도체 집적 회로(200)는 각각의 위상에 대한 여자 전류를 소정의 타이밍에 따라 여자 코일들(3, 4 및 5)에 공급하는 브리지 출력 회로(26)를 포함한다. 여자 전류 각각의 전류 값은 PWM 제어에 의해 제어된다. 반도체 집적 회로(200)는 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생되는 유도 전압을 검출 또는 감지하는 검출기 회로(27)를 역시 포함하고, 사각파형 회전자 위치 신호(PU, PV 및 PW)를 생성한다. 반도체 집적 회로(200)는 마이크로컴퓨터(2)로부터 공급된 회전 속도 제어 신호의 전압에 따라 변화하는 펄스폭 변조를 위한 전압으로서 내부 전압(Va)을 발생시키는 내부 전압 발생 회로(28)를 추가로 포함한다. 반도체 집적 회로(200)는 삼각파형 발생 회로(29)로부터 삼각파형 전압을 사용함으로써 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va)을 펄스폭 변조시키고, 그의 펄스폭이 내부 전압(Va)에 따라 변화하고 제어 타이밍부 각각에 대해 일정한 당번 사이클을 갖는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호를 발생시키는 비교기(30)를 포함한다.
반도체 집적 회로(200)는 검출기 회로(27)로부터 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 수용하는 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)를 역시 포함하고, 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W) 및 시프트 신호들(SF)을 생성한다. 반도체 집적 회로(200)는 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va) 및 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로부터 시프트 신호들(SF)을 수용하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)를 추가로 포함하고, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시킨다. 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호는 그의 펄스 폭이 사인 곡선 또는 사인 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변조 신호이다.
반도체 집적 회로(200)는 비교기(30)로부터 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)로부터 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 및 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로부터 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)을 수용하는 제어 회로(33)를 추가로 포함하고, 이들 신호에 기초하여, 브리지 출력 회로(26)로 공급되는 전류 전도 타이밍 제어 신호들 및 전류량 제어 신호들을 발생시킨다.
도 1에 나타낸 각각의 회로들에 대한 보다 상세한 설명이 이루어질 것이다.
브리지 출력 회로(26)는 여자 코일들(3, 4 및 5) 각각으로의 전류 전도 타이밍을 제어하는 P 채널 타입 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3) 및 여자 코일들(3, 4 및 5)로의 전류 값의 PWM 제어를 소정의 타이밍으로 수행하는 N 채널 타입 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)를 포함한다. 제어 회로(33)는 전류 전도 타이밍 신호들을 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급하고, 전류량 제어 신호를 MOS 트랜지스터(Q4, Q6 및 Q6)에 공급한다. MOS 트랜지스터(Q1 및 Q4), MOS 트랜지스터(Q2 및 Q5), 및 MOS 트랜지스터(Q3 및 Q6)의 주요 전류 경로들은 각각 직렬로 결합된다. MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 소스 전극들은 전원(VDD)에 공통으로 결합되고, MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 소스 전극들은 공통으로 접지된다. MOS 트랜지스터들(Q1 및 Q4) 간의 접속 노드, MOS 트랜지스터들(Q2 및 Q5) 간의 접속 노드, 및 MOS 트랜지스터들(Q3 및 Q6) 간의 접속 노드는 모터(1)의 단자들(U, V 및 W)과 각각 결합된다.
검출기 회로(27)는 단자(U, V, W 및 C)를 통해 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하거나 또는 감지한다. 도면에 도시하지 않았지만 검출기 회로(27) 내에 제공된 집적 회로들 및 비교기들을 사용함으로써, 검출기 회로(27)는 사각파형 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 생성한다. 반주기, 즉, 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각의 π라디안은 유도 전압의 극성이 전환되는 제로 크로싱로부터 유도 전압의 극성이 다시 다음 번에 전환되는 또 다른 제로 크로싱에 이르는 주기에 대응한다.
타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31) 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 관한 상세한 설명이 이후 주어질 것이다.
제어 회로(33)는 비교기(30)로부터 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)로부터 펄스폭 변환된 사인 곡선파PWM 신호, 및 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로부터 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)을 수용한다. 그로 인해, 제어 회로(33)는 브리지 회로(26)의 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급되는 전류 전도 타이밍 제어 신호들 및 브리지 회로(26)의 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전극에 공급되는 전류량 제어 신호들을 생성한다.
도 1 및 도 2a-2d를 참조하여, 상기 구조를 갖고, 반도체 집적 회로(200)가 모터(1)와 결합될 때, 반도체 집적 회로(200)의 연산에 대한 설명이 주어질 것이다. 각각의 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생된 유도 전압은 단자들(U, V, W 및 C)을 통해 검출기 회로(27)에 공급된다. 검출기 회로(27)는 도면에 도시하지 않은 내부 집적 회로들 및 비교기들을 통해, 도 2c에 나타낸 파형을 갖는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 생성하고, 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로 공급한다. 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 수용함에 따라, 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)로부터 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W) 및 시프트 신호들(SF)을 생성한다. 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)은 제어 회로(33)에 공급되고, 시프트 신호들(SF)은 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 공급된다.
다른 한편, 회전 속도 제어 신호가 마이크로컴퓨터(2)로부터 내부 전압 발생 회로(28)에 공급될 때, 내부 전압 발생 회로(28)는 회전 속도 제어 신호의 전압에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 위한 전압으로서 내부 전압 신호(Va)를 생성한다. 내부 전압(Va)은 비교기(30)의 비전환(+) 입력 단자에 공급된다. 비교기(30)는 내부 전압(Va)을 비교기(30)의 전환(-) 입력 단자에 공급되는 삼각파형 발생 회로(29)로부터의 삼각파형 신호와 비교하고, 제어 회로(33)로 공급되는 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 발생시킨다. 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호는 목적하는 회전 속도가 얻어지도록 모터(1)의 전류 제어를 수행하기 위해 사용된다. 또한, 삼각파형 발생 회로(29)로부터 삼각파형 전압 및 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로부터 시프트 신호들(SF)과 함께 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va)은 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 공급된다. 그에 따라, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들은 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 의해 발생되고, 제어 회로(33)에 공급된다. 마이크로컴퓨터(2)로부터 공급된 회전 속도 제어 신호는 다음과 같이 생성된다. 즉, 도면에 도시하지 않은 내부 회로에서, 회전 속도 신호는 검출기 회로(27)로부터 얻어진 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)로부터 발생되고, 마이크로컴퓨터(2)에 공급된다. 마이크로컴퓨터(2)는 회전 속도 신호를 목적 회전 속도에 대응하고 마이크로컴퓨터(2) 내에 설정된 신호와 비교하고, 이들 간의 전압차로부터 회전 속도 제어 신호를 발생시킨다.
타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)로부터 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W), 비교기(30)로부터 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)로부터 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 수용함에 따라, 제어 회로(33)는 이후 기재하는 바와 같이 브리지 출력 회로(26)의 제어 타이밍을 결정한다. 제어 타이밍에 기초하여, 제어 회로(33)는 브리지 출력 회로(26)를 제어하기 위해 전류 전도 타이밍 제어 신호들 및 전류량 제어 신호들을 발생시킨다. 전류 전도 타이밍 제어 신호들은 브리지 출력 회로(26)의 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 게이트 전극에 공급된다. 또한, 전류량 제어 신호들은 브리지 출력 회로(26)의 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 게이트 전극에 공급된다. 도 2b에 나타낸 순서대로, MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3) 및 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)는 이들 제어 신호들에 기초하여 스위칭된다. 모터(1)에서, 3개의 위상의 여자 코일들(3, 4 및 5) 사이에서, 전류는 도 2a에 나타낸 순서대로 고위측 전압, 즉, VDD에 결합된 위상의 여자 코일로부터 저위측 전압, 즉, 접지에 결합된 위상의 여자 코일로 흐른다. 즉, 2개의 위상의 여자 코일은 도 2a에 나타낸 위상의 순서대로 순차로 에너자이즈되고, 그에 따라 모터(1)의 회전자는 회전한다. 전류의 방향은 다음 6가지 조건이 순차로 반복되도록 변화한다. 즉, 전류가 단자(U)로부터 단자(V)로 흐르는 조건, 전류가 단자(U)로부터 단자(W)로 흐르는 조건, 전류가 단자(V)로부터 단자(W)로 흐르는 조건, 전류가 단자(V)로부터 단자(U)로 흐르는 조건, 전류가 단자(W)로부터 단자(U)로 흐르는 조건, 전류가 단자(W)로부터 단자(V)로 흐르는 조건.
브리지 출력 회로(26)의 제어 타이밍은 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)에 기초하여 도 2b에 나타낸 바와 같이 결정된다. MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3), 즉, 고위측 트랜지스터의 제어 타이밍은 사각파형 온-제어 부분들 각각의 전후에 사각파형 온-제어 (SQ-ON CONTROL) 타이밍부 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파PWM 제어 (PWSN-PWM CONTROL) 타이밍부를 포함한다. MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6), 즉, 저위측 트랜지스터의 제어 타이밍은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍부들 각각의 전후에 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 (PWSQ-PWM CONTROL) 타이밍부 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 (PWSN-PWM CONTROL) 타이밍부를 포함한다.
전류 전도 타이밍 제어 신호들 및 전류량 제어 신호들은 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 및 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호를 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍 및 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍과 동기화시킴으로써 생성된다. 도 2d에 나타낸 바와 같이, 전류 전도 타이밍 제어 신호들의 전압 파형은 사각파형 부분들 및 이 사각파형 부분들 각각의 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 파형을 포함한다. 전류량 제어 신호들의 전압 파형은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 파형 및 이 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 파형들 각각의 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 파형을 포함한다.
이하, 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31) 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)의 구조에 대한 설명이 이루어질 것이다. 또한, 사각파형 온-제어 타이밍, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍이 생성되는 연산, 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호가 생성되는 연산에 대한 상세한 설명이 이루어질 것이다.
먼저, 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)에 대해 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)는 T-카운터(41), 보유 회로(42) 및 연산 회로(43)를 포함한다. T-카운터(41)는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각의 반주기의 길이를 카운트하고, T-값으로서 카운트 값을 출력한다. 보유 회로(42)는 T-카운터(41)로부터 T-값을 유지한다. 연산 회로(43)는 보유 회로(42)에 유지된 T-값, T-카운터(41)로부터 T-값 및 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)에 대한 연산을 수행하고, 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W) 및 시프트 신호들(SF)을 생성한다. 모터의 시작 시점에서, 유도 전압은 여자 코일들(3, 4 및 5)을 가로질러 발생되지 않음으로써, 검출기 회로(27)는 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)을 생성하지 않는다. 따라서, 소정의 시작 패턴 신호들은 도면에 도시하지 않은 시작 회로로부터 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)에 공급된다.
도 4는 연산 회로(43)의 상세한 구조를 나타내는 블록 회로도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 연산 회로(43)는 보유 회로(42) 내에 유지되는 T-값으로부터, T/2 신호, T/4 신호, T/8 신호 및 T/64 신호를 각각 생성하는 T/2 연산 회로(44), T/4 연산 회로(45), T/8 연산 회로(46) 및 T/64 연산 회로(47)를 포함한다. 연산 회로(43)는 T/2 신호, 상기 T/4 신호, 상기 T/8 신호, 상기 T-카운터(41)로부터 T값 및 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW)에 대한 논리 연산을 수행하는 타이밍 신호 발생 회로(48)를 포함하기도 하고, 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)을 생성한다. 연산 회로(48)는 T/64 신호 및 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)에 대한 논리 연산을 수행하는 시프트 신호 발생 회로(49)를 추가로 포함하고, 시프트 신호들(SF)을 생성한다.
타이밍 신호 발생 회로(48)에서, T/4 신호 및 T/8 신호는 함께 부가되고, T/2 신호 및 T/8 신호는 함께 부가된다. 또한, T/2 신호, (T/4+T/8) 신호 및 (T/2+T/8) 신호는 T-카운터(41)의 카운트 값 및 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각을 사용함으로써 논리적으로 연산되고, 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)을 발생시킨다. 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)은 제어 회로(33) 및 시프트 신호 발생 회로(49)에 공급된다.
타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로(31)의 연산은 이하 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)의 발생에 관하여 기재할 것이다. 도 5를 참조하여, 타이밍 신호(A1U-A3U)가 일 예로써 회전자 위치 신호(PU)에 기초하여 생성되는 경우의 연산이 기재될 것이다. U 위상의 조건이 플로팅 위상로부터 고위측 전류 전도 위상를 통해 다시 플로팅 위상로 변화할 때, 검출기 회로(27)로부터 출력되는 회전자 위치 신호(PU)는 T-카운터(41)에 의해 카운트된다. 즉, 회전자 위치 신호(PU)의 반주기에 대응하는 회전자 위치 신호(PU)의 고(H) 레벨 기간은 T-카운터(41)에 의해 카운트된다. T-카운터(41)에 의해 카운트되는 카운트 값인 T 값은 연산 회로(43)에 공급된다. T 값으로부터, 연산 회로(43)의 T/2 연산 회로(44), T/4 연산 회로(45) 및 T/8 연산 회로(46)는 T/2 신호, T/4 신호 및 T/8 신호를 각각 생성한다. T/2 신호, T/4 신호 및 T/8 신호는 타이밍 신호 발생 회로(48)에 공급된다. 타이밍 신호 발생 회로(48)에서, T/4 신호 및 T/8 신호는 함께 부가되고, T/2 신호 및 T/8 신호는 함께 부가된다. 그에 따라, 도 5에 나타낸 바와 같이, 타이밍 신호(A1U-A3U)가 생성되고, 즉, 각각의 타이밍부에서 상승한다. 타이밍 신호(A1U)는 카운트된 회전자 위치 신호(PU)의 "H" 레벨의 시점의 하강 지점으로부터 T/2 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 상승한다. 타이밍 신호(A2U)는 카운트된 회전자 위치 신호(PU)의 "H" 레벨의 시점의 하강 지점으로부터 (T/4+T/8) 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 상승한다. 타이밍 신호(A3U)는 카운트된 회전자 위치 신호(PU)의 "H" 레벨의 시점의 하강 지점으로부터 (T/2+T/8) 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 상승한다.
다음으로, U 위상의 조건이 플로팅 위상로부터 저위측 전류 전도 위상를 통해 다시 플로팅 위상로 변화할 때, 검출기 회로(27)로부터 출력되는 회전자 위치 신호(PU)는 T-카운터(41)에 의해 카운트된다. 즉, 회전자 위치 신호(PU)의 반주기에 대응하는 회전자 위치 신호(PU)의 저(L) 레벨 기간은 T-카운터(41)에 의해 카운트된다. T-카운터(41)에 의한 카운트 값인 T 값은 연산 회로(43)에 공급된다. T 값으로부터, 연산 회로(43)의 T/2 연산 회로(44), T/4 연산 회로(45) 및 T/8 연산 회로(46)는 T/2 신호, T/4 신호 및 T/8 신호를 각각 생성한다. T/2 신호, T/4 신호 및 T/8 신호는 타이밍 신호 발생 회로(48)에 공급된다. 타이밍 신호 발생 회로(48)에서, T/4 신호 및 T/8 신호는 함께 부가되고, T/2 신호 및 T/8 신호는 함께 부가된다. 그에 따라, 도 5에 나타낸 바와 같이, 타이밍 신호들(A1U-A3U)이 생성되고, 즉, 각각의 타이밍부에서 하강한다. 타이밍 신호(A1U)는 카운트된 회전자 위치 신호(PU)의 "L" 레벨의 시점의 상승 지점으로부터 T/2 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 하강한다. 타이밍 신호(A2U)는 카운트된 회전자위치 신호(PU)의 "L" 레벨의 시점의 상승 지점으로부터 (T/4+T/8) 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 하강한다. 타이밍 신호(A3U)는 카운트된 회전자 위치 신호(PU)의 "L" 레벨의 시점의 상승 지점으로부터 (T/2+T/8) 경과 후 시점에 회전자 위치 신호(PU)를 전환시킴으로써 하강한다.
마찬가지로, 타이밍 신호들(A1V-A3V)은 회전자 위치 신호(PV)에 기초하여 생성되고, 타이밍 신호들(A1W-A3W)은 회전자 위치 신호(PW)에 기초하여 생성된다.
여전히 도 5를 참조하여, 제어 회로(33)의 연산은 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)이 제어 회로(33)에 공급된 후, 사각파형 온-제어 타이밍, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍 및 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍에 관하여 기재될 것이다. 일 예로써, 그러한 연산은 타이밍 신호들(A1U-A3U)이 생성되는 경우에 기재될 것이다.
타이밍 신호(A1U)의 적절한 상승 지점에서, V 위상를 제어하는 트랜지스터(Q2)의 사각파형 온-제어 타이밍의 종료 타이밍 및 W 위상를 제어하는 트랜지스터(Q3)의 사각파형 온-제어 타이밍의 시작 타이밍이 생성된다. 또한, 타이밍 신호(A1U)의 적절한 하강 시점에서, V 위상를 제어하는 트랜지스터(Q5)의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍의 종료 타이밍 및 트랜지스터(Q6)의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍의 출발 타이밍이 생성된다.
마찬가지로, 타이밍 신호들(A1V 및 A1W)의 적절한 상승 시점 및 적절한 하강 시점에서, 사각파형 온-제어 타이밍 및 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍이 각각 생성된다.
타이밍 신호들(A1U 및 A3U) 간의 배타적 OR 연산에 의해, 타이밍 신호(A1U)의 적절한 상승 지점으로부터 타이밍 신호(A3U)의 적절한 상승 지점에 이르는 시간 폭 T/8을 갖고, V 위상를 제어하기 위한 트랜지스터(Q2)의 사각파형 온-제어 타이밍의 종료 스위칭 지점 직후에 도래하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍이 생성된다. 또한, 타이밍 신호(A1U)의 적절한 하강 지점으로부터 타이밍 신호(A3U)의 적절한 하강 지점에 이르는 시간 폭 T/8을 갖고, V 위상를 제어하기 위한 트랜지스터(Q5)의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍의 종료 스위칭 지점 직후에 도래하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍이 생성된다.
또한, 타이밍 신호들(A1U 및 A2U) 간의 배타적 OR 연산에 의해, 타이밍 신호(A2U)의 적절한 상승 지점으로부터 타이밍 신호(A1U)의 적절한 상승 지점에 이르는 시간 폭 T/8을 갖고, W 위상를 제어하기 위한 트랜지스터(Q3)의 사각파형 온-제어 타이밍의 시작 스위칭 지점 직전에 도래하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍이 생성된다. 또한, 타이밍 신호(A2U)의 적절한 하강 지점으로부터 타이밍 신호(A1U)의 적절한 하강 지점에 이르는 시간 폭 T/8을 갖고, W 위상를 제어하기 위한 트랜지스터(Q6)의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍의 시작 스위칭 지점 직전에 도래하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍이 생성된다.
마찬가지로, 타이밍 신호들(A1V-A3V 및 A1W-A3W)에 기초하여, 여러 가지 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍이 생성된다.
시프트 신호 발생 회로(49)는 T/64 신호 및 타이밍 신호들(A1U-A3U, A1V-A3V 및 A1W-A3W)에 대한 논리 연산을 수행하고, 시프트 신호들(SF1-SF8)을 생성한다.도 6에 나타낸 바와 같이, 모든 U 위상, V 위상 및 W 위상 각각에 대해 T/64의 폭을 갖는 펄스폭 신호들이고, T/8에 비해 T/64만큼 시프트되는 시프트 신호들(SF1-SF8)이 생성된다. 여기서, 각각의 폭 T/8은 상기 고위측 트랜지스터들의 사각파형 온-제어 타이밍부들 및 저위측 트랜지스터들의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍부들의 적절한 시작 스위칭 지점 직전 및 종류 스위칭 지점 직후의 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부의 폭이다. 시프트 신호들(SF1-SF8)은 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 공급된다.
도 7을 참조하여, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에 대한 설명이 이루어질 것이다. 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)는 제1 스텝 전압 발생 회로(51), 제2 스텝 전압 발생 회로(52) 및 비교기들(53 및 54)을 포함한다. 제1 스텝 전압 발생 회로(51)는 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va)의 최대값(VaMAX) 및 시프트 신호 발생 회로(49)로부터 시프트 신호들(SF1-SF8)을 수용하고, 제1 스텝 전압(VSH)을 생성한다. 제2 스텝 전압 발생 회로(52)는 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va) 및 시프트 신호 발생 회로(49)로부터 시프트 신호들(SF1-SF8)을 수용하고, 제2 스텝 전압(VSL)을 생성한다. 비교기(53)는 삼각파형 발생 회로(29)로부터 삼각파형 전압을 사용함으로써 제1 스텝 전압(VSH)을 펄스폭 변조시키고, 그에 따라 브리지 출력 회로(26)의 고위측 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)에 공급되는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성한다. 비교기(54)는 삼각파형 발생 회로(29)로부터 삼각파형 전압을 사용함으로써 제2 스텝 전압(VSL)을 펄스폭 변조시키고, 그에 따라 브리지 출력 회로(26)의 저위측 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)에 공급되는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성한다.
제1 스텝 전압 발생 회로(51)는 버퍼(55), 직렬 결합된 레지스터들로 형성된 분할기 레지스터 네트워크(57) 및 아날로그 스위치 회로(59)를 포함한다. 제2 스텝 전압 발생 회로(52)는 버퍼(56), 직렬 결합된 레지스터들로 형성된 분할기 레지스터 네트워크(58) 및 아날로그 스위치 회로(60)를 포함한다. 분할기 레지스터 네트워크(59 및 60)는 표 1에 나타낸 사인 또는 사인 곡선 함수에 기초하여 결정되는 전압 분할비에 따라 각각의 입력 전압을 분할하고, 8개의 분할된 출력 전압들(VSH1-VSH8및 VSL1-VSL8) 각각을 생성한다.
도 8a-8c 및 도 9a-9c를 참조하여, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호가 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로(32)에서 생성되는 연산에 관한 설명이 이루어질 것이다. 도 8a-8c는 고위측 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 제어에 관련한 여러 가지 신호들을 나타낸다. 도 9a-9c는 저위측 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 제어에 관련한 여러 가지 신호들을 나타낸다.
제1 스텝 전압 발생 회로(51)에서, 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va)의 최대값(VaMAX)은 버퍼(55)를 통해 분할기 레지스터 네트워크(57)에 공급된다. 분할기 레지스터 네트워크(57)는 최대 전압(VaMAX)을 8개의 분할 전압(VSH1-VSH8)으로 분할하고, 이들 분할된 전압을 아날로그 스위치 회로(59)에 공급한다. 아날로그 스위치 회로(59) 역시 시프트 신호들(SF1-SF8)을 수용하고, 8/T의 시간 내에 8 스텝을 갖는 스텝 전압(VSH)을 생성한다. 각각의 스텝은 8/T의 시간을 8로 균등 분할함으로써 발생되는 T/64의 기간에 대응한다. 도 8a에 나타낸 온 타임(P1)에 대응하는 스텝 전압(VSH)은 도 8b에 나타낸 바의 8 스텝을 갖는 단계적으로 감소하는 파형을 갖는다. 또한, 도 8a에 나타낸 오프 타임(P2)에 대응하는 스텝 전압(VSH)은 도 8c에 나타낸 바의 8 스텝을 갖는 단계적으로 증가하는 파형을 갖는다. 그러한 스텝 전압(VSH)은 비교기(53)의 비전환 입력단에 공급된다.
비교기(53)에서, 이 비교기(53)의 비전환 입력단에 공급되는 스텝 전압(VSH)은 삼각파형 전압 발생 회로(29)로부터 비교기(53)의 전환 입력단으로 공급되는 삼각파형 전압과 비교된다. 그에 따라, 도 8a에 나타낸 온 타임(P1) 및 오프 타임(P2)에 대응하는, 도 8b 및 8c에 나타낸 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들 각각은 생성되어 제어 회로(33)에 공급된다. 삼각파형 전압의 기간은 스텝 전압의 스텝의 폭 미만으로 된다.
제2 스텝 전압 발생 회로(52)에서, 내부 전압 발생 회로(28)로부터 내부 전압(Va)은 버퍼(56)를 통해 분할기 레지스터 네트워크(58)에 공급된다. 분할기 레지스터 네트워크(58)는 내부 전압(Va)을 8개의 분할 전압(VSL1-VSL8)으로 분할하고, 이들 분할된 전압을 아날로그 스위치 회로(60)에 공급한다. 아날로그 스위치 회로(60) 역시 시프트 신호들(SF1-SF8)을 수용하고, 8/T의 시간 내에 8 스텝을 갖는 스텝 전압(VSL)을 생성한다. 각각의 스텝은 8/T의 시간을 8로 균등 분할함으로써 발생되는 T/64의 기간에 대응한다. 도 9a에 나타낸 온 타임(P3)에 대응하는 스텝 전압(VSL)은 도 9b에 나타낸 바의 8 스텝을 갖는 단계적으로 증가하는 파형을 갖는다. 또한, 도 9a에 나타낸 오프 타임(P4)에 대응하는 스텝 전압(VSL)은 도 9c에 나타낸 바의 8 스텝을 갖는 단계적으로 감소하는 파형을 갖는다. 그러한 스텝 전압(VSL)은 비교기(54)의 비전환 입력단에 공급된다.
비교기(54)에서, 이 비교기(54)의 비전환 입력단에 공급되는 스텝 전압(VSL)은 삼각파형 전압 발생 회로(29)로부터 비교기(54)의 전환 입력단으로 공급되는 삼각파형 전압과 비교된다. 그에 따라, 도 9a에 나타낸 온 타임(P3) 및 오프타임(P4)에 대응하는, 도 9b 및 9c에 나타낸 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들 각각은 생성되어 제어 회로(33)에 공급된다.
상기 구조에서, 펄스폭 사인 곡선파 PWM 제어는 고위측 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)의 사각파형 온-제어 부분 직전 및 직후 및 저위측 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6)의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 직전 및 직후에 수행된다. 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들 각각은 다음과 같이 생성된다. 즉, T/64는 T로부터 연산에 의해 얻어진다. 또한, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어의 타이밍 폭인 T/8에서, 8개의 시프트 신호들(SF)은 펄스폭 T/64에 의해 순차로 시프팅됨으로써 생성된다. 시프트 신호들(SF)을 사용함으로써, 펄스폭 변조를 위한 전압(Va)은 사인 또는 사인 곡선 함수에 기초하여 결정된 전압 분할비에 의해 8개의 스텝으로 분할되고, 그에 따라 스텝 전압이 생성된다. 스텝 전압은 삼각파형 전압에 의해 펄스폭 변조되고, 그에 따라 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호가 생성된다.
펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를 위한 전압(Va)은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 생성하기 위해서 역시 사용되고, 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압이다. 또한, 사각파형 제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를위한 전압은 회전 속도 제어 신호에 의존되어 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압의 최대값(VaMAX)이다. 따라서, 각각의 여자 코일에 공급되는 전류는 자속이 사인 또는 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 회전자의 자력 선속의 편차와 유사한 방식으로 상승 및 하강하고, 이는 모터의 잡음을 감소시킬 수 있다.
펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 회전자 위치 신호 주기의 1/16인 기간(T/8=22.5˚)을 갖도록 선택된다. 따라서, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 회전자 위치 신호 주기의 1/12(즉, T/6=30˚) 미만인 값을 갖는다. 따라서, 고위측 MOS 트랜지스터(Q1, Q2 및 Q3)와 저위측 MOS 트랜지스터(Q4, Q5 및 Q6) 간을 통과하는 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 회전자 위치 신호 주기의 1/12에 가능한 한 근접하는 값이 되도록 선택되고, 따라서, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어의 충분히 큰 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 회전자 위치 신호의 주기에 관하여 일정한 비율을 갖는 값이 되도록 선택되고, 따라서, 낮은 회전 속도에서조차 모터의 잡음을 감소시킬 수 있다. 또한, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 T 값을 2의 배수로 분할함으로써 얻어질 수 있는 값이 되도록 선택된다. 따라서, T-카운터(41)로부터 T 값을 논리적으로 처리하는 회로 구조를 사용함으로써 이러한 폭을 설정하기 위한 회로를 실현시킬 수 있고, 그에 따라 회로 구조를 단순화시킬 수 있다.
상기 실시예들에서, 각각의 위상의 회전자 위치 신호들(PU, PV 및 PW) 각각의 반주기는 T 값을 얻기 위해 T-카운터(41)에 의해 카운트되고, T 값으로부터, T/2, T/4 및 T/8 값들은 타이밍 신호들을 생성하기 위해 연산 회로(43)에 의해 얻어진다. 타이밍 신호들로부터, 제어 회로(33)는 반주기가 카운트되는 위상의 회전자 위치 신호의 반주기의 종료 카운트 직후 각각의 에지로부터 T/2 후 적절한 T/2 경과된 시간을 결정한다. 도 5로부터 알 수 있듯이, (예를 들면, 회전자 위치 신호(PU)의 하강 에지로부터) 적절한 T/2 경과 지점은 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상의 고위측 트랜지스터들의 사각파형 온-제어 타이밍들 간의 스위칭 지점이 되도록 결정되고, (예를 들면, 회전자 위치 신호(PU)의 상승 에지로부터) 적절한 T/2 경과 지점은 저위측 트랜지스터들의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍들 간의 스위칭 시점이 되도록 결정된다. 고위측의 사각파형 온-제어 타이밍 및 저위측의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍의 폭은 2T/3(=120˚)이 되도록 결정된다. 따라서, 여자 코일들이 회전자 위치에 관하여 최적 조건으로 에너자이즈되도록 여자 코일들을 에너자이즈시키는 최적 제어를 수행할 수 있다. 즉, 회전자의 N-극 및 S-극의 중간점이 통과하는 여자 코일은 회전자의 N-극 및 S-극의 중간점이 여자 코일의 위치를 통과하는 기간의 T/3(60˚) 시간 전과 T/3 시간 후 사이의 기간 동안 에너자이즈된다. 따라서, 회전 효율을 개선시킬 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터 구동 회로에서, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어는 사각파형 제어 및 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 중의 적어도 하나의 전후에 도입된다. 따라서, 모터 잡음을 감소시킬 수 있다. 또한, 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들 각각의 폭은 회전자 신호주기에 관하여 일정한 비율을 갖는 값이 되도록 선택되고, 따라서, 낮은 회전 속도에서조차 모터 잡음을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 모터 구동 회로가 3상 브러쉬리스 모터를 위한 모터 구동 회로인 경우에, 반주기가 카운트되는 위상의 회전자 위치 신호의 반주기의 카운트 종료 직후 각각의 에지로부터 T/2 후 적절한 T/2 경과 지점은 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상의 고위측 트랜지스터들의 사각파형 온-제어 타이밍들 사이 및 저위측 트랜지스터들의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍들 사이의 스위칭 지점이 되도록 결정된다. 따라서, 여자 코일들이 회전자 위치에 관하여 최적 조건으로 에너자이즈되도록 여자 코일들을 에너자이즈시키는 최적 제어를 수행할 수 있고, 회전 효율을 개선시킬 수 있다.
상기 명세서에서, 본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 기재하였다. 그러나, 당업계의 통상의 기술을 가진 자라면 아래 특허청구의 범위에 개시된 바의 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 여러 가지 변형 및 변화가 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면, 본 발명은 3상 브러쉬리스 모터 뿐만 아니라 4상 브러쉬리스 모터 등에 적용될 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한시키려는 의도가 아니라 예시하려는 의도로 간주되어야 하고, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구의 범위에 속하는 바의 모든 변화 및 변형을 포함하도록 의도된다.
본 발명의 효과는 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 효과는 낮은 회전 속도로 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 효과는 큰 회전 효율을 제공할 수 있고 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 효과는 비교적 단순한 회로 구조를 갖고, 브러쉬리스 모터의 잡음을 감소시킬 수 있는 브러쉬리스 모터를 위한 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 효과는 브러쉬리스 모터를 위한 종래의 구동 회로의 단점을 제거하는 것이다.

Claims (18)

  1. 회전자 및 개별적인 위상들의 여자 코일들을 갖는 브러쉬리스 모터(brushless motor)를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터 구동 회로는,
    상기 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로;
    상기 각각의 위상의 상기 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로로서, 상기 회전자 위치 신호의 반주기는 상기 유도 전압의 극성 반전으로부터 상기 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는, 상기 회전자 위치 신호 발생 회로;
    상기 회전자 위치 신호에 기초하여, 사각파형 온-제어(square wave on-control) 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파 펄스폭 변조(PWM) 제어를 사용함으로써, 상기 여자 코일들을 통해 여자 전류들를 전도시키기 위해 스위칭 소자들을 제어하여 상기 여자 코일들의 여자 제어를 수행하는 제어 회로; 및
    펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시키는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고,
    상기 여자 코일들의 여자는 상기 사각파형 온-제어된 부분 및(또는) 상기 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어된 부분 직전 및 직후에 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여자 코일들은 3개의 위상 여자 코일들을 포함하고, 상기 여자 제어는 2개의 위상들 마다 여자 코일들의 순차적인 여자를 포함하고, 상기 스위칭 소자들은 전류 전도 타이밍을 제어하기 위한 스위칭 소자들 및 전류량을 제어하기 위한 스위칭 소자들을 포함하고, 전류 전도 타이밍을 제어하기 위한 상기 스위칭 소자들은 사각파형 온-제어되고, 전류량을 제어하기 위한 상기 스위칭 소자들은 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  3. 회전자 및 3개의 위상들의 여자 코일들을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터 구동 회로는,
    상기 각각의 위상의 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로;
    상기 각각의 위상의 상기 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로로서, 상기 회전자 위치 신호의 반주기는 상기 유도 전압의 극성 반전으로부터 상기 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는, 상기 회전자 위치 신호 발생 회로;
    상기 회전자 위치 신호에 기초하여, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자들 및 전류량 제어를 위한 스위칭 소자들을 제어함으로써 상기 여자 코일들의 여자 제어를 수행하고, 상기 여자 제어는 2개의 위상들 마다의 상기 여자 코일들을순차적으로 여자시킴으로써 수행되고, 상기 전류 전도 타이밍 제어를 위한 상기 스위칭 소자들은 사각파형 온-제어되고, 전류량 제어를 위한 상기 스위칭 소자들은 펄스폭 변조된 사각파형 PWM 제어되는 제어 회로; 및
    펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고,
    상기 여자 코일들의 여자는 상기 사각파형 온-제어된 부분 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 부분 직전 및 직후에 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  4. 제3항에 있어서, 개별적인 위상들의 상기 회전자 위치 신호들 각각의 반주기의 길이는 T의 카운트값을 얻기 위해 카운트되고, 여기서, 상기 T의 카운트값으로부터, T/2의 값이 연산에 의해 얻어지고, 시간에서 T/2 경과 지점이 얻어지고 이지점은 상기 반주기가 카운트되는 위상의 회전자 위치 신호의 반주기의 카운트의 종료 직후에 각각의 에지로부터 T/2 후이고, 시간에서 상기 T/2 경과 지점은 상기 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상들의 상기 사각파형 온-제어 타이밍들 간의 스위칭 지점 또는 상기 반주기가 카운트되는 위상와 상이한 2개의 위상들의 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 타이밍들 간의 스위칭 지점이 되도록 결정되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 사각파형 온-제어 부분 및 상기 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어부 각각의 타이밍폭은 2T/3인, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T/6 보다 작은, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T값에 기초하여 결정되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T를 2의 배수로 나눔으로써 얻어진 값인, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부의 타이밍폭은 T/8인, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  10. 제9항에 있어서, T로부터 연산에 의해 T/2, T/4 및 T/8을 얻은 후 및 (T/4+T/8) 및 연산에 의해 (T/4+T/8) 및 (T/2+T/8)을 얻은 후, T/2 경과된 시간으로부터 상기 회전자 위치 신호의 카운트 종료 직후에 에지로 부터 (T/2+T/8) 경과된 시간에 이르는 T/8의 폭을 갖는 시간 주기 및 (T/4+T/8) 경과된 시간으로부터 T/2 경과된 시간에 이르는 T/8의 폭을 갖는 시간 주기들이 상기 회전자 위치 신호가 카운트되는 위상와 상이한 다른 나머지 2개의 위상들을 위한 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어부들의 타이밍폭들로 결정되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  11. 제10항에 있어서, T로부터의 연산에 의해 T/64를 얻은 후 및 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어의 타이밍폭 T/8 내의 T/64에 의해 순차적으로 시프트되는 8개의 시프트 신호들을 생성한 후, 스텝 전압이 펄스폭 변조를 위한 전압을 사인 곡선 함수에 기초하여 결정된 전압 분할비를 사용함으로써 8개의 분할된 전압들로 분할하고, 상기 시프트 신호들을 사용하여 상기 8개의 분할된 전압들로부터 분할된 전압을 순차적으로 선택함으로써 얻어지고, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호는 삼각파형 전압을 사용하여 상기 스텝 전압을 펄스폭 변조시킴으로써 얻어지는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  12. 제11항에 있어서, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를 위한 상기 전압은, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 생성하기 위해서 또한 사용되고, 상기 전압은 회전 속도 제어 신호에 의존하여 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압이며, 사각파형 온-제어 전후에 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되는 펄스폭 변조를 위한 상기 전압은, 상기 회전 속도 제어 신호에 의존하여 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압의 최대값인, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  13. 회전자 및 3개의 위상들의 여자 코일들을 갖는 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 브러쉬리스 모터 구동 회로에 있어서,
    상기 브러쉬리스 모터 구동 회로는,
    전류 전도 타이밍 제어를 위한 스위칭 소자들 및 전류량 제어를 위한 스위칭 소자들을 포함하고 2개의 위상들 마다 상기 여자 코일들을 순차적으로 여자시킴으로써 여자 제어를 수행하는 브리지 출력 회로;
    각각의 위상의 상기 여자 코일을 가로질러 발생된 유도 전압을 검출하는 검출기 회로;
    각각의 위상의 상기 여자 코일을 위한 사각파형 회전자 위치 신호를 생성하는 회전자 위치 신호 발생 회로로서, 상기 회전자 위치 신호의 반주기는 상기 유도 전압의 극성 반전으로부터 상기 유도 전압의 다음 극성 반전에 이르는 시간 주기에 대응하는, 상기 회전자 위치 신호 발생 회로;
    상기 회전자 위치 신호에 기초하여, 전류 전도 타이밍 제어를 위한 상기 스위칭 소자들을 사각파형 온-제어하고 전류량 제어를 위한 상기 스위칭 소자들을 펄스폭 변환된 사각파 펄스폭 변조(PWM) 제어함으로써 상기 여자 코일들의 여자 제어를 수행하는 제어 회로;
    타이밍 신호들 및 시프트 신호들을 발생시키는 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로; 및
    펄스폭이 사인 곡선 함수에 따라 변화하는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호를 발생시키는 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로를 포함하고,
    상기 여자 코일들의 여자는 상기 사각파형 온-제어 부분 및(또는) 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어 부분 직전 및 직후에 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호에 기초하여 제어되는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 타이밍 신호/시프트 신호 발생 회로는, 상기 회전자 위치 신호들 각각의 반주기의 길이를 카운트하고 T로서 이 카운트에 의해 얻어진 카운트 값을 출력하는 T-카운터, 카운트 값 T를 유지하는 보유 회로, 및 타이밍 신호들 및 시프트 신호들을 생성하기 위해 상기 보유 회로에 의해 유지되는 카운트 값 T와 T-카운터로부터 출력되는 T값 및 회전자 위치 신호를 연산하는 연산 회로를 포함하는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  15. 제14항에 있어서, 상기 연산 회로는,
    상기 보유 회로 내에 유지되는 T값에 기초하여, T/2 신호, T/4 신호, T/8 신호 및 T/64 신호를 각각 생성하는 T/2 연산 회로, T/4 연산 회로, T/8 연산 회로 및 T/64 연산 회로;
    상기 타이밍 신호들을 생성하기 위해 상기 T/2 신호, 상기 T/4 신호, 상기 T/8 신호, 상기 T-카운터로부터의 T값 및 상기 회전자 위치 신호를 논리적으로 처리하는 타이밍 신호 발생 회로; 및
    상기 시프트 신호들을 생성하기 위해 상기 T/64 신호 및 상기 타이밍 신호들을 논리적으로 처리하는 시프트 신호 발생 회로를 포함하는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  16. 제15항에 있어서, 상기 타이밍 신호 발생 회로는, 상기 회전자 위치 신호의 카운트 종료 직후의 에지로부터, T/2 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제1 타이밍 신호, (T/4+T/8) 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제2 타이밍 신호, (T/2+T/8) 경과 후의 지점에 에지를 갖는 제3 타이밍 신호를 생성하는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 제1 타이밍 신호와 상기 제3 타이밍 신호 간의 배타적 OR 논리 연산에 의해 얻어진 상기 제1 타이밍 신호의 에지로부터 상기 제3 타이밍 신호의 에지에 이르는 T/8의 폭을 갖는 타이밍부 및 상기 제1 타이밍 신호와 상기 제2 타이밍 신호 간의 배타적 OR 논리 연산에 의해 얻어진 상기 제2 타이밍 신호의 에지로부터 상기 제1 타이밍 신호의 에지에 이르는 T/8의 폭을 갖는 타이밍부를 포함하는 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 제어 타이밍부들을 생성하는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
  18. 제13항에 있어서, 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호 발생 회로는,
    제1 스텝 전압을 생성하기 위해, 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 제어를 수행하기 위한 펄스폭 변환된 사각파형 PWM 신호들을 생성하기 위해 사용되고, 회전 속도 제어 신호에 의존하여 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 전압의 최대값 및 상기 시프트 신호들을 수신하는 제1 스텝 전압 발생 회로;
    제2 스텝 전압을 생성하기 위해, 회전 속도 제어 신호에 의존하여 변화하는 펄스폭 변조를 수행하기 위한 상기 전압 및 상기 시프트 신호들을 수신하는 제2 스텝 전압 발생 회로;
    삼각파형 전압을 사용함으로써 상기 제1 스텝 전압의 펄스폭 변조를 수행하고 전류 전도 타이밍 제어를 위한 상기 스위칭 소자들에 공급되는 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하는 제1 비교기; 및
    삼각파형 전압을 사용함으로써 상기 제2 스텝 전압의 펄스폭 변조를 수행하고 전류량 제어를 위한 상기 스위칭 소자들에 공급되는 상기 펄스폭 변환된 사인 곡선파 PWM 신호들을 생성하는 제2 비교기를 포함하는, 브러쉬리스 모터 구동 회로.
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