KR20150097548A - 전기 모터를 구동하는 동안의 모터 지터의 감소를 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents

Abstract

모터를 구동시키기 위한 장치는 제어 신호에 반응하여 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 생성하도록 구성되는 구동 신호 발생 회로를 포함한다. 검출 회로는 상기 모터로부터 전류 신호를 수신하고 상기 모터의 속도를 모니터하도록 연결된다. 제어 신호 발생 회로는 상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위하여, 펄스 폭 변조 구동 신호의 주파수가 상기 모터의 위상의 지속에 대응되도록 상기 제어 신호를 동력학적으로 발생시키게 구성된다. 모터를 구동시키기 위한 방법들도 개시된다.

Description

전기 모터를 구동하는 동안의 모터 지터의 감소를 위한 시스템들 및 방법들{SYSTEMS AND METHODS FOR REDUCTION OF MOTOR JITTER WHILE DRIVING AN ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 모터를 구동시키기 위한 회로들, 시스템들 및 프로세스들에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 모터를 구동하는 동안에 모터 지터(motor jitter)의 감소에 관한 것이다.

브러시리스 직류(BLDC) 전기 모터들을 정확하게 제어하고, 구동시키며 조절하는 회로들이 많은 응용들에서 요구되고 있다. 이들 회로들은 보통 상기 모터에 대란 전력을 컨트롤하는 데 사용되는 펄스 폭 변조(pulse-width modulated: PWM) 구동 신호들을 생성한다.

알려진 바와 같이, BLDC 모터들은 다중 코일들을 포함할 수 있다. 이들 코일들은, 동력이 공급될 때, 상기 모터가 회전하게 한다. 그러나, 상기 모터를 계속적으로 회전시키기 위하여, 모터 컨트롤러 회로가 한 번에 상기 코일들의 하나 또는 그 이상(그러나 모두는 아닌)에 동력을 공급해야 하거나, 특정한 순서로 상기 코일들에 동력을 공급해야 하거나, 다른 시간들에서 순방향 및 역방향으로 상기 코일들에 동력을 공급해야 할 수 있다. 상기 코일들에 동력이 공급되는 시간의 주기들은 흔히 이른바 상기 모터의 "위상들(phases)"로 언급된다.

코일들에 동력이 공급되는 순서와 타이밍은 상기 BLDC 모터의 설계에 의존한다. 일 예로서, 특정한 BLDC 모터는 상기 모터를 회전시키기 위하여 차례로, 즉 순차 순환 방식으로 동력이 공급되어야 하는 세 코일들을 가질 수 있다. 이러한 모터는 세 "위상들"을 가질 수 있다. 각 위상에 있어서, 상기 세 코일들의 다른 하나 또는 그 이상에 동력이 공급된다. 상기 모터가 회전함에 따라, 상기 위상이 변화할 것이며, 상기 모터의 회전을 유지하기 위하여 상기 모터가 다음의 하나 또는 그 이상의 코일들에 동력을 공급할 것이다.

일부 알려진 전기 모터 구동 회로들이 각기 여기에 참조로 포함되고 각기 본 출원의 양수인에게 양도된 2009년 9월 15일에 등록된 미국 특허 제7,590,334호; 2010년 6월 29일에 등록된 미국 특허 제7,747,146호, 2011년 10월 12일에 출원된 미국 특허 출원 제13/271,723호, 그리고 2012년 8월 29일에 출원된 미국 특허 출원 제13/595,430호에 기재되어 있다.

특정 모터 응용들에 있어서, 모터 지터(motor jitter), 즉 상기 모터의 추정된 주기적 신호의 정확한 주기성으로부터의 원하지 않는 일탈을 최소화하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 지터는 상기 모터 속도 또는 상기 모터 속도를 나타내는 신호를 우연히 또는 예기치 않게 변화시키거나 변동하게 하는 경향일 수 있다. 지터는 다양한 자극들에 의해 야기될 수 있다. 예를 들면, PWM 구동 신호 상의 불완전하거나 짧은 펄스(즉, 정상 지속 보다 짧은 펄스)가 상기 모터에 인가되는 전력의 양이 변동되게 할 수 있으며, 이에 따라 상기 모터의 속도가 변동되게 할 수 있다.

전술한 관점에서, 모터 지터의 발생을 감소시킬 수 있는 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 모터 지터의 발생을 감소시킬 수 있는 모터 제어 회로 및 관련 방법을 제공한다.

일 측면에 있어서, 모터를 구동시키기 위한 방법은 상기 모터에 대한 전력을 컨트롤하기 위해 펄스 폭 변조(PWM) 구동 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들의 주파수를 컨트롤하는 제어 신호도 발생된다. 상기 모터의 위상의 지속이 모니터되며, 상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위해, 상기 펄스들의 주파수가 상기 모터의 위상의 지속과 관련되는 값으로 설정된다.

일부 실시예들에 있어서, 상술한 방법은 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키기 위한 추가적인 제어 신호들이 발생되며, 상기 모터의 위상이 변화될 때, 상기 펄스들을 발생시키는 데 사용되는 상기 제어 신호가 스위치될 수 있다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 구동 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 제어 신호가 한계치와 교차할 때에 상기 구동 신호를 토글링(toggling)하여 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키는 단계를 더 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 한계치는 상기 펄스들의 폭을 컨트롤하기 위한 가변적인 한계치이다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 펄스들의 주파수를 상기 모터의 각 위상 동안에 약 둘의 펄스들로부터 약 여섯의 펄스들을 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상에 생성되게 하는 값으로 설정하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 주파수는 상기 모터의 위상이 종료되는 시간에 발휘되는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호의 발생을 감소시켜 불완전한 펄스의 발생을 감소시키는 값으로 설정된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키기 위해 하나 또는 그 이상의 추가적인 제어 신호들을 발생시키는 단계; 그리고 상기 모터의 위상이 변화될 때, 그 사이에 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용되는 제어 신호를 교대하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 주파수를 설정하는 단계는 전류가 커패시터를 충전시키는 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 주파수를 설정하는 단계는 상기 제어 신호가 상승하고 하강하는 속도를 제어하도록 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 상기 제어 신호에 선택적으로 연결하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 모터의 위상의 지속을 모니터링하는 단계는 상기 모터로부터의 역-기전력(back-EMF) 신호, 자기장 센서로부터의 신호 그리고 리졸버(resolver)로부터의 신호의 하나로부터 전류 신호(commutation signal)를 수신하는 단계를 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 홀 효과(Hall effect) 요소, 자기저항(magentoresistance) 요소 및 자기트랜지스터(magnetotransistor)의 하나 또는 그 이상을 포함한다.

상기 방법의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 삼각파 신호이다.

다른 측면에 있어서, 모터를 구동시키기 위한 장치는 제어 신호에 반응하여 구동 신호 상의 펄스들을 생성하도록 구성되는 구동 신호 발생 회로(drive signal generation circuit)를 포함한다. 상기 모터로부터 전류 신호를 수신하고 상기 모터의 속도를 모니터하도록 연결되는 검출 회로(detection circuit)도 포함된다. 제어 신호 발생 회로(control signal generation circuit)는 상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위하여, 상기 구동 신호의 주파수가 상기 모터의 위상의 지속과 관련되도록 상기 모니터된 모터의 속도에 반응하여 상기 제어 신호를 동력학적으로 발생시키게 구성된다.

일부 실시예들에 있어서, 상술한 장치는 다음 측면들의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키기 위한 하나 또는 그 이상의 추가적인 PWM 발생기 회로들이 포함되며, 상기 구동 신호 발생기 회로는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용되는 제어 신호 사이에서 교대하도록 구성된다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 구동 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 구동 신호이다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 구동 신호 발생기 회로는 상기 제어 신호가 한계치와 교차할 때에 상기 펄스 폭 변조 구동 신호를 토글링하여 상기 펄스폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 생성한다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 한계치는 상기 PWM 구동 신호 상의 펄스들의 폭을 컨트롤하기 위한 가변적인 한계치이다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시켜 모터 지터(motor jitter)를 감소시키는 상기 PWM 구동 신호 값의 주파수를 설정하도록 구성된다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 상기 펄스들의 주파수를 상기 모터의 위상이 변화될 때에 한 번에 상기 PWM 구동 신호 상에 일어나는 펄스의 발생을 감소시키는 값으로 설정하도록 구성된다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 소정의 숫자의 펄스들이 상기 모터의 위상의 지속 동안에 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되도록 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 동력학적으로 설정하게 구성된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 장치는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상에 펄스들을 발생시키기 위한 하나 또는 그 이상의 추가적인 PWM 발생기 회로들을 더 포함하며, 상기 구동 신호 발생기 회로는 상기 PWM 구동 신호를 발생시키는 데 사용되는 제어 신호 사이에 교대하도록 구성된다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 장치는 상기 PWM 구동 신호를 발생시키는 데 사용되지 않는 상기 제어 신호를 리셋으로 유지하도록 구성되는 스위칭 회로를 더 포함한다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 PWM 발생기 회로는 전류가 커패시터를 충전시키는 속도를 제어하여 상기 주파수를 설정하도록 구성된다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 PWM 발생기 회로는 상기 커패시터 내로 및 외부로 흐르는 전류의 양을 제어하여 상기 주파수를 설정하도록 구성된다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 전류 신호는 상기 모터로부터의 역-EMF 신호; 자기장 센서에 의해 생성되는 신호; 그리고 리졸버에 의해 생성되는 신호의 하나이다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서는 홀 효과 요소, 자기저항 요소 및 자기트랜지스터의 하나 또는 그 이상을 포함한다.

상기 장치의 일부 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호는 삼각파, 램프(ramp) 신호 및 계산된 신호의 하나이다.

도 1은 모터를 구동시키기 위한 전자 회로의 회로도이다.
도 2는 모터를 구동시키기 위한 PWM 발생기 회로의 회로도이다.
도 3a는 모터를 구동시키기 위한 전자 회로에 의해 발생될 수 있는 일련의 파형들을 나타낸다.
도 3b는 모터를 구동시키기 위한 전자 회로에 의해 발생될 수 있는 일련의 파형들을 나타낸다.
도 4는 모터를 구동시키기 위한 PWM 발생기 회로의 회로도이다.
도 5는 모터를 구동시키기 위한 프로세스의 흐름도이다.
상기 도면들에서 동일한 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다. 회로도 또는 블록도 내의 커넥터들은 단일 와이어들, 버스들 또는 블록들 사이의 다른 형태들의 커넥터들을 나타낼 수 있다. 단일 커넥터 라인이 연결의 형태를 단일 와이어에 한정하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
상기 흐름도들 및 블록도들을 포함하는 도면들은 예시적인 목적들을 위해 제공되며, 본 발명의 범주를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 비록 도면들이 특정한 배치들이나 순서들로 연결되는 특정한 숫자의 블록들을 포함하는 도면들이나 흐름도들을 나타내지만, 이들은 단지 예들로 제시된다. 다른 배치들과 순서들로 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명을 기술하기 전에, 일부 도입 개념들 및 용어들을 설명한다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센싱 요소(magnetic field sensing element)"라는 용어는 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 기술하는 데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall Effect) 요소, 예를 들면 자기저항(magnetoresistance) 요소, 자기트랜지스터(magnetotransistor) 또는 리졸버(resolver)를 포함할 수 있다.

종래 기술에서 알려진 바와 같이, 스피닝 모터(spinning motor)가 발전기와 같이 작용할 수 있다. 상기 스피닝 모터에 의해 생성되는 기전력은 역-기전력(back-EMF)으로 언급될 수 있다. 이러한 역-EMF에 의해 생성되는 신호들이 상기 모터의 위치와 속도를 결정하기 위해 측정될 수 있다. 예를 들면, 상기 역-EMF 신호들의 크기는 상기 모터의 속도에 직접 비례할 수 있다. 일부 예들에서, 이들 신호들은 외부 센서에 대한 필요 없이 측정될 수 있다. 이들 이른바 "센서가 없는 시스템들"에 있어서, 상기 역-EMF 신호들이 상기 모터로부터 모터 구동 회로의 입력으로 직접 다시 공급될 수 있다.

알려진 바와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들 또한 상기 모터의 위치와 속도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 이들 홀 효과 요소들은, 예를 들면, 평면형 홀 요소, 수직형 홀 요소 및 원형 수직 홀(Circular Vertical Hall: CVH) 요소를 포함한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 형태들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화인듐(InSb)과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(GMR) 요소, 이방성 자기저항(AMR) 요소, 터널링 자기저항(TMR) 요소 그리고 자기 터널 접합(MTJ)이 존재한다. 상기 자기장 센싱 요소는 단일의 요소가 될 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들면, 하프 브리지(half bridge) 또는 풀(full)(휘스톤) 브리지 내에 정렬되는 둘 또는 그 이상의 요소들을 포함할 수 있다. 상기 장치 유형 및 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 또는 갈륨-비소(GaAs)나 인듐 화합물, 예를 들면 안티몬화인듐(InSb), 혹은 다른 화합물 반도체 물질인 InGaAsP, 또는 높은 이동도의 물질, 예를 들면 GaN과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성되는 장치일 수 있다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "자기장 센서(magnetic field sensor)"라는 용어는 자기장 센싱 요소를 포함하는 회로를 기술하는 데 사용된다. 자기장 센서들은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전류를 운반하는 도체에 의해 운반되는 전류에 의해 발생되는 자기장을 감지하는 전류 센서, 강자성 물체의 근접을 감지하는 자기 스위치, 통과하는 강자성 물품들, 예를 들면 링 자석의 자기 도메인들을 감지하는 회전 검출기, 그리고 자기장의 자기장 밀도를 감지하는 자기장 센서를 포함하는 다양한 응용들에 이용된다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "신호(signal)"라는 용어는 시간에 따라 변화될 수 있는 전자적 특성들, 아날로그 또는 디지털인 전자적 특성들을 기술하는 데 사용된다. 이에 비하여, 여기에 사용되는 바에 있어서, the term "값(value)"이라는 용어는 고정되는 경향이 있거나 때때로 변화되는 경향이 있는 디지털 전자 값을 기술하는 데 사용된다. 그러나, 신호 및 값이라는 용어들은 상호 교호적으로 사용될 수 있다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "요구(demand)" 또는 "요구 신호(demand signal)"라는 용어는 모터에 인가되는 전력의 양을 제어하는 아날로그나 디지털인 임의의 전자 신호를 기술하는 데 사용된다. 예를 들면, 상기 요구 신호가 변화됨에 따라, 모터에 인가되는 전력의 양도 변화될 수 있다.

여기에 사용되는 바에 있어서, "소프트웨어(software)" 및 "펌웨어(firmware)"라는 용어들은 휘발성이나 비휘발성 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(하드 드라이브나 메모리와 같은) 내에 저장되는 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 언급할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 ROM, RAM 또는 실리콘 칩 상에 포함되는 다른 유형의 메모리에 저장될 수 있다. 상기 실리콘 칩은, 일 실시예에서, 상기 메모리를 포함하거나 액세스하는 자기장 센서 회로가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 컴퓨터 판독 가능한 명령들은 제조 동안에 프로그램될 수 있는 실리콘 칩 상의 퓨즈드(fused) ROM 메모리에 저장될 수 있다. 비록 "컴퓨터-판독 가능한(computer-readable)"으로 기술하지만, 상기 명령들이 종래의 랩탑이나 데스크탑 컴퓨터에 의해 액세스되거나 수행될 필요는 없다. 오히려, 상기 컴퓨터-판독 가능한 명령들은 상기 명령들을 판독하고 실행할 수 있는 임의의 유형의 프로세서나 회로에 의해 액세스되고 수행될 수 있다.

상기 컴퓨터 판독 가능한 명령들은, 프로세서나 회로에 의해 실행될 때, 상기 프로세서나 회로가 후술하는 동작들 및/또는 프로세스들을 수행하게 할 수 있다. "소프트웨어" 및 "펌웨어"라는 용어들은 또한 마이크로 코드(microcode), 기계어(machine-code), 스크립트(script)들 또는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장될 수 있고 프로세서나 회로에 의해 실행될 수 있는 임의의 형태의 컴퓨터 판독 가능한 명령 세트와 같은 다른 형태들의 명령들을 언급할 수 있다.

도 1을 참조하면, 전기 모터(14)에 연결되고 역-기전력(Back-EMF) 모듈(16)에 연결되는 예시적인 전자 회로(12)를 포함하는 모터 구동 배치(10)가 도시된다. 일부 실시예들에서, 상기 전자 회로(12)는 실리콘 칩 또는 다른 전자 회로 물질일 수 있다. 상기 칩은 전체적으로 또는 부분적으로 후술하는 시스템들 및 방법들을 구현하는 집적 회로부를 가지는 실리콘 다이(die)를 포함할 수 있다. 상기 다이는 리드프레임 상에 배치될 수 있고, 비록 통상적으로 사용되는 다른 전자 다이 패키징 기술들도 가능하고 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려져 있지만, 외부 회로부와 접속되는 하나 또는 그 이상의 핀(pin)들을 가지는 패키지로 둘러싸일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 전자 회로(12)는 소프트웨어로, 다른 유형들의 회로부(예를 들면, FPGA, 별개의 구성 요소들 등)로 또는 소프트웨어와 회로부의 결합으로 구현될 수 있다{소프트웨어에서 실행될 경우, 본 발명자는 상기 시스템의 어딘가 내의 마이크로 컨트롤러가 될 수 있는 것으로 추정한다. 여기에 이러한 기술을 기재하는 것이 아니겠는 가?}. 또한, 기재되는 시스템들 및 방법들은 전체적으로 또는 부분적으로 전자 회로에 의해 구현될 수 있거나, 전체적으로 또는 부분적으로 마이크로코드, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이와 유사한 것들과 같은 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 수행하는 프로세서에 의해 구현될 수 있다. 후자의 실시예에서, 상기 명령들은 컴퓨터 판독 가능한 휘발성 또는 비휘발성 메모리 및/또는 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(즉, RAM, ROM, 플래시 메모리, CD 매체들, DVD 매체들 및 이와 유사한 것들)에 저장될 수 있고, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서가 상기 모터(14)의 속도를 제어하기 위한 특정 명령들을 수행하게 할 수 있다.

도 1에 도시한 실시예는 상기 전자 회로(12) 내에 통합되는 모듈로서 상기 역-EMF 회로부를 나타낸다. 상기 역-EMF 모듈(16)은 수신기(receiver) 또는 상기 모터(14)의 권선들로부터 역-EMF 신호들을 수신하도록 구성되는 다른 회로가 될 수 있다. 그러나, 상기 전자 회로(12)의 실시예들에서, 상기 역-EMF 모듈(16)은 별도의 다이, 모듈, 패키지 또는 구성 요소일 수 있다. 다시 말하면, 상기 역-EMF 모듈(16)은 상기 모터(14)의 위치와 속도를 검출하는 데 사용되는 별도의 센서나 구성 요소일 수 있다. 상기 기술의 이와 같은 실시예들에서, 상기 모터(14)의 권선들로부터의 역-EMF 신호들이 상기 모터(14)로부터 별도의 역-EMF 모듈(16)까지 직접 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 모터(14)로부터 상기 역-EMF를 수신하기 위한 회로부는 상기 전자 회로(12) 내로, 상기 모터(14) 내로 또는 별도의 다이, 모듈, 패키지 혹은 구성 요소 내로 통합될 수 있다.

상기 시스템의 실시예들에 있어서, 상기 역-EMF 모듈(16)은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기장 센서들의 어레이, 하나 또는 그 이상의 리졸버(resolver)들 또는 상기 모터(14)의 위치, 주파수 또는 속도를 측정할 수 있는 임의의 다른 장치나 센서를 포함하여, 상기 모터(14)의 속고나 위치를 측정할 수 있는 다른 센서들이나 회로들로 대체될 수 있다. 상기 자기장 센서들, 리졸버들 또는 다른 장치들과 센서들은 상기 전자 회로(12) 내로 포함될 수 있거나, 상기 전자 회로(12)에 연결될 수 있는 별도의 다이, 모듈, 패키지 혹은 구성 요소가 될 수 있다. 간편성을 위하여, 블록(16)은 역-EMF 모듈(16)로 언급될 것이다.

정전압 핀(regulated voltage pin: VREG)인 핀(12a)은 전압 조정기 또는 상기 전자 회로(12) 외측의 다른 유형의 전원 공급 기구(도시되지 않음)로부터 정전압을 수신하도록 연결된다. 상기 정전압 또는 선택적으로는 정전류가 상기 역-EMF 모듈(16)로 제공되며, 상기 전자 회로(12) 내의 일부나 모든 회로부에 제공된다. 다른 실시예에서, 집적 회로 다이는 도 1의 회로(10)와 동일한 다이 상의 전압 조정기 회로를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우들에서, Vreg 핀(12a)은 정확한 설계와 전압 요구 사항들에 따라 최종 다이 또는 패키지로부터 제외될 수 있다.

주파수 기준 핀(frequency reference pin: FREF)인 핀(12b)은 상기 전자 회로(12)의 외측으로부터 주파수 기준 신호(18)를 수신하도록 연결된다. 예를 들어, 상기 전자 회로(12) 프린터 내에 설치되고 상기 모터(14)가 상기 프린터 내의 모터일 경우, 상기 주파수 기준 신호(18)는 상기 프린터 내의 다른{?} 회로부(도시되지 않음)에 의해 공급될 수 있고, 예를 들면 상기 모터(14)의 원하는 최종 속도를 나타낼 수 있다. 다른 시간들에서, 상기 프린터는 다른 모터 속도들을 요구할 수 있다. 예를 들면, 상기 프린터의 고품질의 인쇄 모드는 상대적으로 보다 느린 모터 속도들을 요구할 수 있는 반면, 드래프트(draft) 인쇄 모드는 상대적으로 보다 빠른 모터 속도들을 요구할 수 있다. 이에 따라, 상기 주파수 기준 신호(18)는 가변 신호일 수 있고, 상기 외부 회로부의 요구 사항들에 따라 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 주파수 기준 신호(18)는 상기 모터(14)의 원하는 최종 속도를 나타낼 수 있고, 속도 제어 신호로 언급될 수 있다.

상기 주파수 기준 신호(18)는 아날로그 신호, 디지털 신호, 구형파(square wave), 사인파(sine wave), 펄스 폭 변조 신호 또는 원하는 모터 속도를 나타낼 수 있는 임의의 유형의 신호가 될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 주파수 기준 신호(18)는 상기 원하는 모터 속도를 나타내는 주파수에서 진동하는 사인 또는 구형파가 될 수 있다. 다음에 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 전자 회로(12)의 기능들은 상기 주파수 기준 신호(18)와 동기화될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 주파수 기준 신호는 전압 또는 전류 입력이 될 수 있다. 이와 같은 경우들에서, 상기 입력 신호의 주파수로부터 전압으로 변환시키도록 요구되는 회로부는 필요하지 않다. 다른 실시예에서. 상기 주파수 기준 신호는, 예를 들면, 디지털-아날로그 컨버터에 의해 전압 신호로 변환될 수 있는 디지털 워드(word)가 될 수 있다.

핀들(12c)은 상기 모터(14)로부터 역-EMF 신호들을 수신하고 이들을 상기 역-EMF 모듈(16)로 공급하는 버스(bus)로 도시된다. 이들 신호들은 상기 모터(14)의 권선들에 의해 생성되는 역기전력(counter-electromotive force)일 수 있다. 이와 같은 배치에 있어서, 핀들(12c)에 의해 수신되는 상기 역-EMF 신호들은 상기 모터(14)의 위치와 주파수 또는 속도를 나타내는 데 사용될 수 있다.

비록 단일 핀(12c)으로 도시되지만, 상기 전자 회로(12)는 상기 역-EMF 모듈(16)로부터 신호들을 수신하도록 다중 입력 핀들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(14)가 세 개의 권선들을 포함하는 경우, 그러면 상기 전자 회로(12)는 개개의 권선들로부터 역-EMF 신호들을 수신하도록 각 권선에 대해 하나씩 세 개의 입력 핀들을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 입력 핀들은 상기 모터 권선들의 서브세트로부터 역-EMF 신호들을 수신하도록 연결될 수 있다. 예를 들면, 상기 모터가 여섯 개의 권선들을 가질 경우, 세 입력 핀들 전체에 대하여 모든 다른 권선에 연결되는 입력 핀이 존재할 수 있다. 역-EMF 신호들이 상기 모터(14)의 권선들에 의해 생성되기 때문에, 상기 입력 핀들(12c)에 의해 수신되는 상기 역-EMF 신호들이 상기 모터(14)의 위치 및 속도를 결정하는 데 사용될 수 있다.

개시 핀(start pin: START)인 핀(12d)은 상기 전자 회로(12)의 외측으로부터의 제어 신호를 수신하도록 연결된다. 상기 제어 신호는 상기 전자 회로(12)의 기능들을 개시하고 종료시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 전기 모터(14)를 동작시키고 정지시킬 수 있다.

접지 핀(ground pin: GND)인 핀(12e)은 상기 전자 회로(12)를 위한 전원 공급 접지를 제공한다.

모터 구동 신호 핀(motor drive signal pin)들(SC, SB, SA)인 핀들(12g, 12h, 12i)은 각기 PWM 구동 신호들(20, 22, 24)을 상기 전기 모터(14)에 제공하도록 연결된다.

상부 공급 핀(upper supply pin: VDD)인 핀(12j)은 상기 전자 회로(12)의 외부로부터 상부 전원 공급 전압을 수신하도록 연결된다.

상기 역-EMF 모듈(16)이 하나 또는 그 이상의 자기장 센서들로 대체될 경우, 상기 자기장 센서 내의 자기장 센싱 요소들은 상기 모터(14)의 축이 회전함에 따라 상기 모터(14) 내의 자석들의 자기장들 및 특히, 변화하는 자기장들을 감지하도록 배치될 수 있다. 특정한 일 실시예에서, 세 자기장 센싱 요소들 또는 자기장 센서들이 상기 전기 모터의 샤프트의 회전의 축에 대하여 백이십도 떨어진 상기 모터(14)에 대한 위치들에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 여섯 개의 자기장 센서들이 회전의 축들에 대하여 육십도 떨어진 상기 모터(14)에 대한 위치들에 배치된다. 여섯 개의 극(pole)의 쌍들이 존재하는 경우, 상기 자기장 센서들(㎐ 단위로)로부터의 신호들의 주파수가 상기 모터(14)의 분당 회전 보다 약 십(10)배 크게 될 것이다. 일반적으로, 상기 자기장 센서들은 상기 자기장 센서들로부터의 신호들의 주파수가 상기 모터(14)의 속도에 비례하도록 배열될 수 있다. 이러한 알려진 비례는 상기 자기장 센서로부터의 신호들의 주파수를 상기 모터(14)의 속도를 나타내는 신호로 해석하는 데 사용될 수 있다. 이에 따라, 임의의 원하는 숫자의 자기장 센서들이 사용될 수 있다.

일부 실시예들에 있어서, 상기 자기장 센서가 홀 효과 기반의 센서일 수 있는 반면, 다른 실시예들에서는 거대 자기저항(GMR), 선형 스핀-밸브(spin-valve), 자기 터널 접합(MTJ), 이방성 자기저항(AMR) 또는 다른 자기장 센서들이 활용될 수 있다. 자기장을 나타내는 전자 신호를 생성할 수 있는 트랜스듀서(transducer)의 사용은 본 발명의 동작을 가져오는 데 적절한 상기 자기장 센서 또는 트랜스듀서의 동작 범위로 제공되는 이러한 응용에 적용 가능하다.

상기 기술의 다양한 실시예들에 있어서, 상기 역-EMF 모듈(16)은 디지털 신호들로 변환될 수 있고 디지털 필터(28)에 의해 수신될 수 있는 위치 신호들(26)을 발생시킨다. 다른 실시예들에서, 상기 위치 신호들(26)은 아날로그 필터들(도시되지 않음)에 의해 필터링될 수 있고, 디지털 신호들로 변환되지 않을 수 있다. 상기 위치 신호들(26)은 대체로 아날로그 신호들이며, 각기 상기 모터(14)의 축의 회전의 각도를 나타낸다. 상기 위치 신호들(26)은 전류 신호(commutation signal)들로 언급될 수 있다. 전류 신호는 상기 모터(14)의 속도, 위치 및/또는 주파수 혹은 상기 모터(14)의 속도를 조절하는 데 사용될 수 있는 상기 모터(14)의 임의의 다른 속성을 모니터하도록 사용될 수 있는 임의의 신호가 될 수 있다.

디지털 신호들로의 전환은 도 1에 도시되지는 않지만, 상기 위치 신호들(26)은 이들이 디지털 필터(28) 또는 디지털 필터(28) 내에 도달하기 전에 디지털 신호들로 변환될 수 있는 것으로 추정된다. 상기 디지털 필터(28)는 상기 위치 신호들(26)을 나타내는 필터링된 신호들(30, 32)을 발생시키도록 구성된다. 상기 필터링된 신호들(30, 32)은, 예를 들면, 다중 비트 디지털 신호들이 될 수 있다. 상기 필터링된 신호들(30, 32)도 상기 전기 모터(14)의 축의 회전의 각도를 나타낼 수 있다.

제어 신호 발생기(control signal generator)(34)는 상기 신호들(30)을 수신하고 PWM 신호(36)를 발생시키도록 연결된다. 상기 PWM 신호(36)는 상기 모터(14)의 속도를 컨트롤하기 위해 사용될 수 있는 신호가 될 수 있다. 펄스 폭 변조(pulse-width modulation: PWM) 컨트롤러(38)는 상기 PWM 신호(36)를 수신할 수 있으며, PWM 구동 신호(40) 상의 펄스(pulse)들을 발생시키도록 상기 PWM 신호(36)를 사용할 수 있다. 상기 PWM 신호(36), 상기 PWM 컨트롤러(38) 및 상기 PWM 구동 신호(40)는 다음에 보다 상세하게 설명된다.

구동 제어 모듈(drive control module)(42)은 상기 PWM 구동 신호(40)를 수신할 수 있고, 하나 또는 그 이상의 구동 신호들(42a, 42b, 42c)을 생성하도록 이를 사용할 수 있다. 게이트 드라이버 회로(gate driver circuit)(44)는 상기 구동 신호들(42a－42c)을 수신하도록 연결되고, FET들(46, 48, 50, 52, 54, 56)의 게이트들을 구동시키도록 구성된다.

상기 세 하이 사이드(high side) 전계 효과 트랜지스터(FET)들(46, 48, 50) 및 세 로우 사이드(low side) FET들(52, 54, 56)은 펄스 폭 변조로 포화 상태에서 동작하며, 이에 따라 작은 양의 전력만을 소모한다.

상기 FET들(54－64)의 배치는 상기 전기 모터(14) 내의 권선들(64, 66, 68)의 각각의 하나들의 단부들에 연결되는 세 구동 신호들(58, 60, 62)을 발생시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 권선들(64, 66, 68)의 다른 단부들은 상기 FET들(54－64)이 상기 모터(14)의 속도 및 위치를 제어하기 위하여 어느 한 방향으로 상기 권선들을 통해 전류를 구동시킬 수 있도록 함께 연결될 수 있다.

클록 회로(clock circuit)(67)는 클록 신호(38a)를 전자 회로(12) 내의 일부 또는 모든 부분들과 회로들에 제공한다. 다른 실시예들에서, 외부의 클록이 사용될 수 있으며, 이와 같은 경우에 상기 패키지 상의 핀 또는 상기 다이 상의 회로에 대한 입력이 필요할 수 있다.

상기 전자 회로(12)는 또한 상기 주파수 기준 신호(18)를 수신하는 주파수 카운터(frequency counter)(69)를 포함할 수 있다. 상기 주파수 카운터(69)는 상기 주파수 기준 신호(18)의 주파수를 나타내는 디지털 카운트 신호(count signal)(70)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 카운트 신호(70)는 상기 주파수 기준 신호(18)의 하나의 사이클 동안에 일어나는 상기 클록 회로(67)로부터의 클록 펄스들의 숫자가 될 수 있다.

상기 디지털 카운트 신호(70)는 상기 디지털 카운트 신호(70)를 주파수 신호(74)로 전환시키는 카운트-주파수(count-to-frequency) 모듈(72)에 의해 수신될 수 있다. 아날로그 모듈(76)에 대한 주파수가 이후에 상기 주파수 신호(74)를 아날로그 전압 신호(78)로 전환시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 아날로그 전압 신호(78)의 보다 높은 전압이 상기 주파수 기준 신호(18)의 보다 높은 주파수에 대응될 수 있고, 상기 아날로그 전압 신호(78)의 보다 낮은 전압이 상기 주파수 기준 신호(18)의 보다 낮은 주파수에 대응될 수 있다. 그러나, 그 역도 실현될 수 있다. 즉, 상기 아날로그 전압 신호(78)의 보다 낮은 전압이 상기 주파수 기준 신호(18)의 보다 높은 주파수에 대응될 수 있고, 그 역으로도 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 아날로그 전압 신호(78)는 상기 주파수 카운터(69)로 공급되는 상기 주파수 기준 신호(18)에 기초하여 발생된다. 그러나, 상기 모터(14)의 속도가 제어될 때, 상기 주파수 신호(82)가 상기 주파수 기준 신호(18)와 대략적으로 같아질 수 있다. 그러므로, 일 실시예에서, 상기 주파수 신호(82)가 상기 주파수 기준 신호(18) 대신에 상기 주파수 카운터(69)에 공급될 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 상기 아날로그 전압 신호(78)는 외부의 주파수 기준 신호(18)에 기초하기 보다는 상기 주파수 신호(82)에 기초하여(즉, 상기 모터(14)의 현재의 주파수에 기초하여) 발생될 수 있다.

상기 아날로그 전압 신호(78)는 상기 제어 신호 발생기(34)에 연결될 수 있고, 다음에 논의하는 바와 같이 상기 PWM 구동 신호(36)를 생성하도록 상기 제어 신호 발생기(34)에 의해 이용될 수 있다. 또한, 비록 아날로그 전압 신호(78)로 기술하였지만, 상기 신호(78)는 아날로그 신호, 디지털 신호, PWM 신호 등을 포함하여 임의의 형태의 적절한 신호가 될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 전자 회로(12)는 또한 FG 블록(80)을 포함할 수 있다. 상기 FG 블록(80)은 상기 필터링된 신호(32)를 수신하고 상기 모터(14)의 현재 주파수(예를 들면, 속도)를 나타내는 주파수 신호(82)를 생성하는 주파수 발생기가 될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 상기 필터링된 신호(32)는 상기 모터(14)로부터 수신되는 상기 역-EMF 신호들의 필터링된 버전이 될 수 있다. 상기 FG 블록(80)은 상기 주파수 신호(82)가 상기 필터링된 신호(32)를 나타내고 이에 따라 상기 모터(14)의 주파수를 나타내도록 상기 필터링된 신호들(32)을 처리하거나 카운트할 수 있다. 상기 주파수 신호(82)는 아날로그 신호, 디지털 신호 또는 상기 모터(14)의 속도를 조절하는 데 사용될 수 있는 임의의 형태의 신호가 될 수 있다.

위상차 프로세서(phase difference processor)(84)는 상기 주파수 신호(82) 및 상기 주파수 기준 신호(18)를 수신하며, 상기 모터(14)의 주파수와 상기 주파수 기준 신호(18) 사이의 위상차를 나타내는 신호(86)를 발생시킨다. 폐쇄 루프 컨트롤러(closed loop controller)(88)는 상기 신호(86)를 수신하고 요구 신호(90)를 생성한다. 상기 요구 신호(90)는 상기 모터(14)에 인가되는 전력의 양을 나타낼 수 있다. 상기 폐쇄 루프 컨트롤러(88)는 상기 모터(14)와 상기 기준 주파수(18) 사이의 위상차를 나타내는 상기 신호(86)에 기초하여 상기 모터의 속도를 조절하기 위해 상기 신호(90)를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폐쇄 루프 컨트롤러(88)는 위상 로크(lock), 속도 로크, 주파수 로크 또는 임의의 다른 폐쇄 루프 조절 계획을 초기화함에 의해 상기 모터의 속도를 조정할 수 있다. 다른 실시예들에서, 개방 루프(open loop) 컨트롤러 또는 상기 모터의 속도를 조절하는 임의의 다른 방식이 이용될 수 있다. 일 예에 있어서, 미국 특허 출원 제13/595,430호(2012년 8월 20일에 출원되고, 여기에 개시 사항이 참조로 포함됨)에 기재된 경우들과 같은 속도 조절 계획이 이용될 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, PWM 발생기 회로(200)는 상기 제어 신호 발생기(34)(도 1)와 동일하거나 유사할 수 있는 예시적인 제어 신호 발생기를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 상기 모터(14)의 상태나 위상을 수신하기 위한 입력(202)(즉, 상기 입력(202)은 상기 모터(14)의 속도 및/또는 위치를 나타내는 상기 필터링된 신호(30)를 수신할 수 있다)을 포함할 수 있다. 상기 PWM 발생기 회로(200)는 또한 도 1의 요구 신호(90)와 같은 요구 신호를 수신하기 위한 요구 입력(204)을 포함할 수 있다. 논의한 바와 같이, 상기 요구 신호(90)는 상기 모터(14)에 인가되는 전력의 양을 나타낼 수 있다. 상기 PWM 발생기 회로(200)는 또한 주파수 입력(206)을 포함할 수 있다. 상기 주파수 입력(206)은 상기 모터(14)의 원하는 최종 속도를 나타내는 신호(78)와 같은 신호를 수신할 수 있다.

상기 제어 신호 발생기(200)는 또한 펄스 폭 변조 출력 신호(210)를 제공할 수 있는 출력(208)을 포함할 수 있다.

상기 제어 신호 발생기(200)는 두 서브-회로들(212, 214)을 가지는 것으로 도시된다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 서브-회로들(212, 214)은 동일한 요소들을 포함하고 동일한 출력들을 생성한다. 그러나, 이러한 점은 요구 사항이 아니며, 상기 서브-회로들(212, 214)은 이들이 적절한 펄스 폭 변조 출력 신호를 생성할 수 있는 한 다른 설계들을 구비할 수 있다.

모터 상태 선택기 회로(motor state selector circuit)(216)는 상기 서브-회로들(212, 214)이 동작되고, 리셋(reset) 신호들(217, 218)을 통해 리셋되는 것을 컨트롤할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 상기 서브-회로(212)가 동작되는 동안에 출력 신호를 생성하지 않도록 및 그 반대가 되도록 상기 서브-회로(214)를 리셋으로 유지할 수 있다. 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 상기 모터(14)가 위상을 변화시키는 매 시간에 서브-회로가 리셋으로 되고 동작되는 것을 교대로 할 수 있다. 예를 들면, 상기 모터(14)의 위상들을 교대하는 동안, 상기 서브-회로(212)가 동작될 수 있는 반면에 상기 서브-회로(214)는 리셋으로 유지될 수 있으며, 상기 모터(14)의 홀수 위상들 동안, 상기 서브-회로(212)는 리셋으로 유지될 수 있는 반면에 상기 서브-회로(214)가 동작될 수 있다.

비록 도시되지는 않았지만, 상기 제어 신호 발생기(200)는 추가적인 펄스 폭 변조 출력 신호들을 생성하는 추가적인 서브-회로들을 포함할 수 있다. 이와 같은 실시예들에 있어서, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 한번에 하나의 서브-회로를 가능하게 할 수 있고, 계획에 따라 각 서브-회로를 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 상기 서브-회로들은 상기 모터(14)의 위상이 변화되면서 교대로, 순환적으로 또는 순차 순환 계획으로 가능하게 될 수 있다.

논의의 편의를 위하여, 상기 서브-회로(212)의 요소들과 동작이 기술될 것이다. 그러나, 서브-회로(214) 또는 유사한 구성 요소들을 가지는 추가적인 서브-회로들이 유사한 방식으로 동작할 수 있는 점이 이해될 것이다.

상기 서브-회로(212)는 전류 소스들(220, 222)을 구비할 수 있다. 이들 전류 소스들은, 일 실시예에서, 전류 조정(current-controlled) 전류 소스들이 될 수 있다. 예를 들면, 전류 소스(220)에 의해 공급되는 전류는 전류 신호(224)에 의해 제어될 수 있고, 전류 소스(222)에 의해 공급되는 전류는 전류 신호(226)에 의해 컨트롤될 수 있다. 전류 조정 전류 소스의 예는 BJT 트랜지스터이다. 그러나, 다른 유형들의 전류 조정 전류 소스들도 사용될 수 있다. 또한, 전류 소스들(220, 222)이 전류 조절되는 것이 필수적이지는 않다. 이들은 전압 조정 전류 소스들 또는 해당 기술 분야에서 알려진 임의의 다른 적절한 수단으로 조정되는 전류 소스들일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 소스들(220, 222)은 상기 커패시터를 충전시키거나 방전시킬 수 있는 임의의 다른 회로에 의해 대체될 수 있다. 예를 들면, 상기 전류 소스들(220, 222)은 각기 레지스터(resistor) 및 전압 소스로 대체될 수 있다. 상기 전압 소스에 의해 생성되는 전압은 상기 레지스터에 걸치는 전압을 컨트롤할 수 있다. 상기 레지스터에 걸치는 전압을 컨트롤하는 것은 상기 레지스터를 통해 흐르는 전기 전류의 속도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 커패시터(228)가 충전되거나 방전되는 속도를 제어할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 상기 전압 조정기의 전압을 컨트롤하는 피드백 컨트롤러(feedback controller)와 같은 추가적인 회로부가 상기 커패시터(228)의 충전 또는 방전의 일정한 속도를 유지하도록 채용될 수 있다.

상기 서브-회로(212)는 또한 커패시터(228) 및 전계 효과 트랜지스터(FET)(230)를 포함할 수 있다. 상기 FET(230)는 상기 FET(230)가 개방될 때, 상기 전류 소스(220)가 상기 커패시터(228)를 충전시킬 수 있고, 상기 FET(230)가 닫힐 때, 전류 싱크(current sink)(222)가 상기 커패시터(228)를 방전시킬 수 있도록 스위치로 기능할 수 있다.

상기 커패시터(228)가 충전되고 방전됨에 따라, 제어 신호(232)가 상승하고 하강할 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 제어 신호(232)는 다음에 논의되는 바와 같이 삼각형파를 형성할 것이다. 다른 실시예들에서, 상기 제어 신호(232)는 사인파, 톱니파, 램프(ramp) 또는 후속하여 PWM 신호를 발생시키는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 형상을 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 커패시터 대신에, 파형 발생기(waveform generator)(도시되지 않음)가 상기 제어 신호(232)를 발생시키는 데 사용될 수 있다. 상기 파형 발생기는 디지털 파형 발생기, 아날로그 파형 발생기 등이 될 수 있다.

상기 서브-회로(212)는 또한 상기 제어 신호(232) 및 요구 신호(demand signal)(236)를 수신할 수 있는 비교기(comparator)(234)를 구비할 수 있다. 상기 비교기는 상기 두 신호들을 비교할 수 있고, 상기 제어 신호(232)가 상기 요구 신호(236) 보다 높을 때에 높은 출력을 생성할 수 있으며, 상기 제어 신호(232)가 상기 요구 신호(236) 보다 낮을 때에 낮은 출력을 생성할 수 있다. 상기 제어 신호(232)를 상기 요구 신호(236)와 비교함에 의해, 상기 서브-회로(212)는 상기 요구 신호(236)에 대응되는 펄스폭들을 가지는 펄스 폭 변조 출력 신호(238)를 생성할 수 있다.

상기 서브-회로(212)는 또한 비교기(240), 비교기(242) 및 플립-플롭(flip-flop)(244)을 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 비교기(240)는 입력들로서 낮은 전압 기준 신호(voltage reference signal)(246) 및 상기 제어 신호(232)를 수신할 수 있다. 상기 비교기(240)의 출력은 상기 플립-플롭(244)의 입력으로 공급될 수 있다. 상기 비교기(242)는 입력들로서 높은 전압 기준 신호(248) 및 상기 제어 신호(232)를 수신할 수 있다. 상기 비교기(242)의 출력 또한 상기 플립-플롭(244)의 입력으로 공급될 수 있다. 상기 플립-플롭(244)의 출력은 상기 FET(230)가 열리고 닫힐 때에 상기 플립-플롭(244)의 출력이 제어되도록 상기 FET(230)의 게이트에 연결된다. OR 게이트들(251, 253)은 상기 리셋 신호(217)를 수신하도록 연결되어, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)가 상기 리셋 신호(217)를 확인하여 상기 서브-회로(212)를 리셋으로 배치할 수 있다. XOR 게이트(260)는 출력 신호(210)를 생성하도록 상기 PWM 신호들(238, 256)을 결합할 수 있다.

동작 시에, 상기 FET(230)의 게이트, 상기 비교기들(240, 242) 및 상기 플립-플롭(244)을 컨트롤하는 것은 발진기(oscillator)를 생성하도록 작용할 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시터(228)가 충전될 때, 상기 FET(230)가 개방될 것이다. 상기 커패시터(228)에 걸치는 전압이 고전압 한계치(248)를 초과하면, 상기 비교기(242)가 상기 플립-플롭(244)에 공급될 것인 그 출력을 행사할 것이다. 이는 상기 FET(230)가 닫히도록 상기 플립-플롭(244)이 그 출력을 후속하여 토글(toggle)하게 할 수 있다.

상기 FET(230)가 닫히면, 상기 커패시터(228)가 방전되기 시작할 것이며, 신호(232)의 전압 레벨이 떨어질 것이다. 이러한 전압(232)이 저전압 한계치(246) 아래로 하강하면, 상기 비교기(240)가 그 출력을 발휘할 것이다. 이는 상기 플립-플롭(244)이 그 출력을 다시 한 번 토글되게 할 수 있고, 상기 스위치(230)가 닫히게 할 수 있으며, 이는 상기 커패시터(228)가 다시 한 번 충전을 시작하게 한다. 이러한 사이클은 상기 서브-회로(212)가 리셋에 있지 않으면 언제든지 계속될 수 있다.

상기 커패시터(228)가 변화하고, 이에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호가 변화되는 속도는 상기 전류 소스(220)에 의해 상기 커패시터(228)에 공급되는 전류의 크기 및 상기 전류 싱크(222)에 의해 상기 커패시터(228)로부터 내려가는 전류의 크기에 의해 컨트롤된다.

이들 전류들을 제어하기 위하여, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 전류 제어 모듈(current control module)(250)을 포함할 수 있다. 상기 전류 제어 모듈(250)은 타이밍 입력(206)으로부터 상기 신호(78)(즉, 상기 모터(14)의 주파수를 나타내는 신호)를 수신할 수 있다. 상기 신호(78)는 상기 모터(14)의 속도, 주파수 또는 위치를 나타내는 아날로그 또는 디지털 신호가 될 수 있다. 예를 들면, 상기 모터(14)의 속도가 높을 경우, 상기 신호(78)의 값이 높을 수 있다. 역으로, 상기 모터(14)의 속도가 낮을 경우, 상기 신호(78)의 값이 낮을 수 있다.

상기 신호(78)의 값에 기초하고, 이에 따라 상기 모터의 주파수에 기초하여, 상기 전류 제어 모듈(250)이 상기 전류 소스(220)에 의해 공급되는 전류의 크기를 제어하는 출력 신호(224) 및 상기 전류 싱크(222)에 의해 내려가는 전류의 크기를 제어하는 출력 신호(226)를 발생시킬 수 있다. 상기 커패시터(228)가 변화되는 속도를 제어하고, 이에 따라 상기 제어 신호(232)의 주파수를 제어함에 의해, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 상기 비교기들(240, 242) 및 상기 플립-플롭(244)에 의해 야기되는 진동의 속도를 제어함으로써 PWM 구동 신호(238)의 주파수와 주기를 컨트롤할 수 있다. 예를 들면, 상기 커패시터(228)가 상대적으로 빠르게 충전되고 방전되는 경우, 상기 비교기들(240, 242)이 빠르게 트립(trip)될 것이고, 상기 비교기(234)는 보다 빠르게 토글될 것이며, 이에 따라 상기 출력 신호(238)의 주파수가 높아질 것이다. 상기 커패시터(228)가 상대적으로 느리게 충전되고 방전되는 경우, 상기 비교기들(240, 242)이 보다 느리게 트립될 것이고, 상기 비교기(234)의 출력이 보다 느리게 토글될 것이며, 이에 따라 상기 출력 신호(238)의 주파수가 낮아질 것이다.

다른 실시예들에 있어서, 상기 커패시터(228) 및/또는 상기 커패시터(252)는 상기 제어 신호(232)(또는 254)의 주파수를 컨트롤하도록 병렬로 연결되는 복수의 커패시터들로 대체될 수 있다. 상기 복수의 커패시터들의 각 커패시터는 MOSFET(도시되지 않음)와 같은 스위칭 장치에 연결될 수 있다. 상기 스위칭 장치들은 상기 신호(232)(또는 254)를 각 커패시터에 또는 상기 복수의 커패시터들 내의 다중 커패시터들에 선택적으로 연결할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 커패시터들은 상기 신호(232)(또는 254)에 의해 나타나는 전체 커패시턴스를 변화시키도록 상기 스위칭 장치들에 의해 상기 회로의 내외에서 스위치될 수 있으며, 이에 따라 상기 신호(232)(또는 254)의 상승 시간, 하강 시간 및/또는 주파수를 제어할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 전체 커패시턴스를 변화시키는 것은 상기 커패시터들이 충전되고 방전되는 속도를 컨트롤할 수 있다. 예를 들면, 상대적으로 보다 큰 커패시턴스는 상기 커패시터들이 상대적으로 느리게 충전되게 할 수 있고, 상대적으로 보다 작은 커패시턴스는 상기 커패시터들이 상대적으로 빠르게 충전되게 할 수 있다. 실시예들에서, 상기 커패시터들은 병렬로, 직렬로 또는 병렬 및 직렬 연결들의 조합으로 연결될 수 있다.

이에 따라, 상기 전류 제어 모듈(250)은 상기 PWM 구동 신호(238)의 주파수가 상기 모터(14)의 위상들의 주파수에 대응되거나 기초로 하도록 상기 PWM 구동 신호(238)의 주파수를 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 전류 제어 모듈(250)은 상기 PWM 구동 신호(238)의 주기가 상기 모터의 위상의 주기의 배수가 되도록, 즉, 다중 PWM 펄스들이 상기 모터의 단일 위상 동안에 발생되도록 상기 PWM 구동 신호(238)의 주파수를 변경할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 상기 출력 신호(238) 상에 발생되는 PWM 펄스들의 숫자는 상기 모터(14)의 모든 위상에 대하여 하나, 둘, 셋, 넷 또는 다섯의 펄스들이 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 모터 위상 당 상기 PWM 펄스들의 숫자는 임의의 원하는 숫자가 될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 전류 제어 모듈(250)은 상기 전류 싱크(222) 로부터 내려가는 전류가 상기 전류 소스(220)로부터 공급된 전류의 크기의 두 배가 되도록 그 출력을 설정할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 커패시터(228)는 전류 소스(220)를 턴 오프(turn off)시키지 않고 충전되고 방전될 수 있다. 예를 들면, 상기 FET(230)가 개방될 때, 상기 전류 소스(220)가 상기 커패시터(228)를 충전시킬 것이다. 상기 FET(230)가 닫힐 때, 상기 전류 싱크(222)로부터 내려가는 전류가 상기 전류 소스(220)로부터 공급되는 전류의 두 배이기 때문에, 상기 전류 싱크(222)가 상기 커패시터(232)를 방전시킬 수 있게 될 것이며, 상기 전류 소스(220)로부터의 전류를 동시에 내려가게 할 것이다.

상기 PWM 구동 신호(238) 상의 펄스들의 주파수를 변경함에 의해, 상기 전류 제어 모듈(250)은 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 짧은 펄스의 발생을 최소화할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 서브-회로(212)가 동작하고 있는 동안에 서브-회로(214)를 리셋으로 유지할 수 있고, 그 반대가 되게 할 수 있다. 상기 모터(14)의 위상이 변화되면, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 상기 서브-회로(212)를 리셋으로 배치할 수 있다. 상기 서브-회로(212)가 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 펄스 동안에 리셋으로 놓일 경우, 그러면 이는 상기 PWM 구동 신호(238) 상기 불완전하거나 짧은 펄스를 가져올 수 있다.

이제 도 3a를 참조하면, 일련의 그래프들이 도시된다. 각 그래프에 있어서, 수평 축은 시간을 나타내고, 수직 축은 전압을 나타낸다. 일 실시예에서, 그래프들(300, 302, 304)은 상기 서브-회로(212)와 관련될 수 있다. 그래프(300)는 상기 제어 신호(232)(즉, 상기 커패시터(228)게 걸치는 전압)를 나타낼 수 있고, 그래프(302)는 상기 리셋 신호(217)를 나타낼 수 있으며, 그래프(304)는 상기 서브-회로(212)의 PWM 구동 신호(238)를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 고전압 한계치(248), 상기 저전압 한계치(246) 및 상기 요구 신호(236)가 도시된다.

시간 T0에서, 상기 FET(230)가 개방되고, 상기 커패시터(228)가 충전되기 시작한다. 이는 시간들 T0 및 T2 사이에서 그래프(300)의 상승하는 기울기로 도시한 바와 같이 상기 제어 신호(232)가 증가되게 할 것이다. 상기 제어 신호(232)(그래프(300))가 시간 T1에서 상기 요구 한계치(236)와 교차되면, 상기 PWM 구동 신호(238)(그래프(306))가 토글될 수 있다. 상기 제어 신호(232)가 시간 T2에서 상기 고전압 한계치(248)에 도달하거나 교차할 때, 상기 FET(230)가 닫힐 것이며, 시간들 T2 및 T4 사이에서 상기 그래프(300)의 하강하는 기울기로 예시한 바와 같이 상기 커패시터가 방전되기 시작할 것이다. 상기 커패시터에 걸치는 전압이 상기 요구 신호(236)에 도달하거나 교차될 때, 상기 PWM 구동 회로(238)는 시간 T3에서 도시한 바와 같이 다시 한 번 토글될 수 있다. 시간 T4에서, 노드(232)에서의 전압이 상기 저전압 한계치(246)에 도달하거나 교차될 때, 상기 FET(230)가 다시 한 번 개방될 수 있고, 앞서의 사이클이 반복될 수 있다.

상기 리셋 신호(217)는 상기 모터(14)의 위상에 대응될 수 있다. 다시 말하면, 상기 리셋 신호(217)가 발휘되지 않을 때, 상기 모터(14)의 특정 위상이 시간 T0에서 시작될 수 있고, 상기 리셋 신호(217)가 발휘될 때, 시간 T5에서 종료될 수 있다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 리셋 신호(217)가 시간 T5에서 발휘될 때, 상기 출력 신호(238)가 펄스의 중앙에 있지 않는다. 이는 상기 커패시터(228)의 충전 및 방전 속도를 설정함에 의해, 즉 얼마나 빠르게 상기 그래프(300)가 상승되고 하강되는 지를 컨트롤함에 의해 구현될 수 있으므로, 상기 그래프(300)가 시간 T5에서 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 펄스를 촉발시키지 않는다. 앞서 논의한 바와 같이, 상기 커패시터(228)의 충전 및 방전 속도는 상기 전류 제어 모듈(250)에 의해 컨트롤될 수 있다.

상기 그래프(300)의 주파수를 상기 모터(14)의 위상의 지속(duration)에 대응하도록 설정하는 것은 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 불완전한 펄스(즉, 짧은 펄스)의 발생의 감소시키도록 작용할 수 있다. 예를 들면, 상기 리셋 신호(217)가 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 펄스 동안에 발휘될 경우, 상기 리셋 신호(217)는 상기 펄스가 즉시 발휘되지 않게 할 수 있으며, 이는 상기 펄스의 길이를 짧아지게 할 수 있다. 많은 예들에서, 상기 모터(14)를 통해 불완전한 펄스가 흐를 경우에 모터 지터(motor jitter)를 야기할 수 있기 때문에 불완전한 펄스는 바람직하지 않을 수 있다. 상기 리셋 신호(217)가 발휘되는 때에 펄스들이 발생하지 않도록 상기 제어 신호(232)의 주파수를 상기 모터(14)의 위상에 대응되게 설정함에 의해, 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 불완전한 펄스들의 발생이 감소될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제어 신호(232)의 주파수 또는 주기는 상기 모터(14)의 위상의 지속의 배수가 될 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 신호(232)의 주파수가 약 두 사이클들이 상기 리셋 신호(217)의 각 사이클에 대해 상기 제어 신호(232) 상에 일어나도록 설정된다. 그러나, 상기 주파수는 상기 제어 신호(232)의 주파수 또는 주기가 상기 모터(14)의 지속의 임의의 배수가 되도록 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 모터(14)의 위상 동안에 발생되는 상기 제어 신호(232)의 사이클들의 숫자는 정수가 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 모터(14)의 위상 동안에 발생되는 상기 제어 신호(232)의 사이클들의 숫자는 분수 또는 정수가 아닌 숫자가 될 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시예들에서, 상기 모터(14)의 모든 위상에 대해 상기 그래프(300)의 1/7, 1/3, 1/2, 하나, 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯 등의 사이클들이 존재할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 모터(14)의 위상의 지속이 변화되면서, 상기 제어 신호(232)의 사이클들의 숫자는 동일하게 남을 수 있다. 예를 들면, 상기 신호(300)의 사이클들의 숫자가 모터 위상 당 두 사이클들로 상정할 수 있다. 상기 모터(14)가 속도를 높임에 따라, 상기 모터 위상의 지속이 보다 짧아질 수 있다. 이 경우, 상기 전류 제어 모듈(250)이 상기 커패시터가 충전되고 방전되는 속도를 변경할 수 있으므로, 커패시터가 보다 빠르게 충전되고 방전되며, 상기 제어 신호(232)의 주파수가 증가하고, 모터 위상 당 사이클들의 숫자가 둘로 남게 된다. 상기 제어 신호(232)의 주파수가 변화하는 상기 모터(14)의 위상들의 지속에 대응되도록 이를 변경함에 의해, 상기 PWM 발생기 회로(200)가 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시킬 수 있다.

도 3a는 또한 상기 서브-회로(214)와 관련될 수 있는 세 그래프들(306, 308, 310)을 포함한다. 예를 들면, 상기 그래프(306)는 상기 커패시터(252)에 걸치는 전압(즉, 상기 제어 신호(254))을 나타낼 수 있고. 상기 그래프(308)는 상기 리셋 신호(218)를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 그래프(310)는 상기 PWM 구동 신호(256)를 나타낼 수 있다.

도 3a의 리셋 신호들(217, 218)은 상기 모터(14)의 위상들을 나타낼 수 있다. 예를 들면, T0 및 T5 사이의 시간은, 상기 리셋 신호(217)(그래프(302))가 발휘되지 않을 때, 상기 모터(14)의 제1 위상을 나타낼 수 있으며, T5 및 T6 사이의 시간은, 상기 리셋 신호(218)가 발휘되지 않은 때(그래프(306)), 상기 모터(14)의 제2 위상을 나타낼 수 있다. T6 및 T7 사이의 시간은, 상기 리셋 신호(218)가 다시 한 번 발휘되고 상기 리셋 신호(217)가 다시 한 번 발휘되지 않을 때, 상기 모터(14)의 제3 위상을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모터(14)는 상기 모터(14)가 회전함에 따라 반복될 수 있는 하나, 둘, 셋, 넷, 여섯, 여덟 또는 임의의 숫자의 위상들을 가질 수 있다.

앞서 논의한 바와 같이, 상기 모터 상태 선택기 회로(216)는 상기 모터(14)의 위상에 기초하여 서브-회로들이 동작되고 서브-회로들이 리셋으로 되는 것을 교대로 할 수 있거나 순환시킬 수 있다. 도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 모터의 제1 위상 동안, 시간들 T0 및 T5 사이에서 상기 PWM 구동 신호(238) 상의 펄스들에 의해 도시된 바와 같이, 상기 서브-회로(212)가 동작하고 상기 서브-회로(214)가 리셋으로 된다. 상기 모터의 제2 위상 동안, 상기 PWM 구동 신호(256) 상의 펄스들에 의해 도시된 바와 같이 상기 서브-회로(212)가 리셋으로 되고 상기 서브-회로(214)가 동작한다. 상기 모터의 제3 위상 동안, 시간들 T6 및 T7 사이에 상기 PWM 구동 신호(238)의 펄스들에 의해 도시된 바와 같이 상기 서브-회로(212)가 다시 한 번 동작하고 상기 서브-회로(214)는 다시 한 번 리셋으로 된다.

상기 PWM 발생기 회로(200)가 PWM 구동 신호들을 발생시키는 둘 또는 그 이상의 서브-회로들을 가질 경우, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 상기 모터(14)의 위상들이 변화됨에 따라 서브-회로들이 리셋으로 되는 그 사이를 교대로 할 수 있거나 순환시킬 수 있다. 도 3a에 있어서, 두 서브-회로들(즉, 서브-회로들(212, 214))에 의해 생성되는 그래프들이 도시된다. 그러나, 상기 PWM 발생기 회로(200)가 보다 많은 서브-회로들을 가질 경우, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 적절한 방식이나 순서로 상기 서브-회로들을 사용 가능 및 사용 불능으로 할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 PWM 발생기 회로(200)는 상기 서브-회로들을 교대되는 방식, 순차 순환 방식 등으로 사용 가능하게 할 수 있다.

상기 PWM 구동 신호들(238, 256)(및 임의의 추가적인 서브-회로들에 의해 생성되는 임의의 PWM 구동 신호들)은 그래프(312)로 도시한 바와 같이 어떠한 불완전한 펄스들을 포함하지 않는 PWM 구동 신호(210)를 생성하도록 결합될 수 있다. 예를 들면, 그래프(312)는 상기 PWM 구동 신호들을 결합된 PWM 구동 신호(210)(도 2) 내로 결합시키는 상기 XOR 게이트(260)의 출력인 상기 PWM 구동 신호(210)를 나타낼 수 있다.

도 3b는 도 3a에 도시된 동일하거나 유사한 파형들(300, 302, 306, 308, 312)을 나타낸다. 그러나, 상기 모터 위상들의 타이밍이 도 3b에서 약간 변화된다. 상기 모터(14)가 회전하고 조절됨에 따라, 상기 모터의 위상들의 지속이 약가 변화될 수 있으며, 이에 따라 상기 모터의 위상들이 지속 시간에서 변화될 수 있다. 이러한 지속의 변화는 도 3b에 예시된다. 예를 들면, 시간 T0' 및 T1' 사이의 상기 모터의 위상이 상기 제어 신호(232)의 두 PWM 사이클들 보다 약간 길 수 있고, 시간들 T1' 및 T2' 사이의 상기 모터의 위상이 상기 제어 신호(232)의 두 PWM 사이클들과 같아질 수 있으며, 시간들 T2' 및 T3' 사이의 상기 모터의 위상이 상기 제어 신호(232)의 두 PWM 사이클들 보다 약간 작을 수 있다.

상기 모터(14)가 그 최종 속도에서 조절될 때, 상기 모터 위상들의 지속은 상대적으로 일정할 수 있지만, 도 3b에 도시한 바와 같이 일부 변화들을 겪을 수 있다. 이러한 변화의 존재에서, 상기 PWM 출력 신호(210)를 발생시키는 데 사용되는 신호 사이에서 스위치되는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들면, 시간 T0' 및 T1' 사이의 상기 모터 위상 동안, 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들이 상기 제어 신호(232)에 의해 발생될 수 있다. 그러나, 도 3b에 도시한 바와 같이, 시간 T1'에서 상기 모터(14)의 위상이 변화될 때, 상기 제어 신호(232)는 상승할 수 있다. 그러나, 상기 제어 신호(254)는 시간 T1' 이전에 리셋으로 되며(전술한 바와 같이), 시간 T1'에서 이미 사용된다(다시 말하면, 상기 제어 신호(254)를 발생시키는 회로부가 리셋으로 있을 수 있다). 그러므로, 일 실시예에서, 상기 PWM 발생기 회로(200)가 시간 T1'에서 리셋 범위 밖의 상기 제어 신호(254)를 취할 수 있으므로, 상기 모터(14)의 제2 위상 동안에 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 이는 상기 PWM 발생기 회로(200)가 상기 모터(14)의 위상의 지속의 변화들의 존재에서 상기 모터(14)의 제2 위상 동안에 일어나는 펄스들의 숫자를 정확하게 컨트롤하게 할 수 있다.

유사하게, 시간 T2'에서, 상기 모터(14)는 제3 모터 위상으로 들어갈 수 있다. 시간 T2' 이전에, 상기 제어 신호(254)가 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용될 수 있으며, 상기 제어 신호(232)가 리셋으로 될 수 있고 사용될 준비가 될 수 있다. 그러므로, 시간 T2'에서, 상기 모터가 상기 제어 신호(254)를 리셋으로 배치할 수 있고, 리셋 범위 밖의 상기 제어 신호(232)를 취할 수 있으므로, 상기 제어 신호(232)가 시간들 T2' 및 T3' 사이에서 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

유사하게, 시간 T3'에서, 상기 모터(14)는 제4 모터 위상으로 진입할 수 있다. 시간 T3' 이전에, 상기 제어 신호(232)가 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용될 수 있고, 상기 제어 신호(254)가 리셋으로 될 수 있고 사용될 준비가 될 수 있다. 모터 위상들의 지속의 변화들로 인하여, 상기 모터(14)가 상기 제4 위상으로 들어갈 때, 상기 제어 신호(254)가 시간 T3'에서 하강될 수 있다. 그러므로, 시간 T3'에서, 상기 모터가 상기 제어 신호(254)를 리셋으로 놓을 수 있고 리셋 범위 밖의 상기 제어 신호(232)를 취할 수 있으므로, 상기 제어 신호(232)가 시간들 T2' 및 T3' 사이에서 상기 PWM 출력 신호(210) 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용될 수 있다.

이제 도 4를 참조하면, 상기 PWM 발생기 회로(34)(도 1)와 동일하거나 유사할 수 있는 PWM 발생기 회로(400)의 실시예가 도시된다. 상기 PWM 발생기 회로(200)와 대조적으로, 상기 제어 신호 발생 회로(400)는 PWM 구동 신호(402)를 생성하기 위한 하드웨어의 양을 감소시킨다. 예를 들면, 도 2의 PWM 발생기 회로(200)는 제1 PWM 신호(238) 및 제2 PWM 신호(256)를 발생시키기 위해 커패시터들, 전류 공급 기구들, 비교기들 등을 포함하는 여분의 서브-회로들(214, 214)을 사용한다. 이들 신호들(238, 256)은 이후에 상기 PWM 출력 신호(210)를 생성하도록 XOR 게이트(260)에 의해 결합된다.

PWM 구동 신호(402)를 발생시키기 위하여 여분의 서브-회로들을 사용하는 것을 대신하여, 상기 PWM 발생기 회로(400)는 둘 또는 그 이상의 커패시터들(즉, 도 4의 C1 및 C2)을 사용할 수 있는 전류 제어 모듈(404) 및 PWM 출력 신호(402)를 발생시키는 일련의 스위치들을 채용한다. 상기 모터(14)의 위상이 변화됨에 따라, 상기 PWM 발생기 회로(400)가 상기 스위치들을 열고 닫을 수 있으므로, 상기 모터(14)의 일부 위상들 동안, 상기 커패시터(C1)가 상기 PWM 출력 신호(402)를 방생시키기 위해 충전되고 방전되며, 상기 모터(14)의 교대되는 위상들에서, 상기 커패시터(C2)가 상기 PWM 출력 신호(402)를 발생시기기 위해 충전되고 방전된다. 상기 PWM 발생기 회로(400)는 다른 하나가 사용되는 동안에 하나의 커패시터(C1 또는 C2)를 효과적으로 리셋으로 유지할 수 있으며, 필요에 따라 이들 사이를 전환시킬 수 있다. 이는 상기 PWM 발생기 회로(400)가 상기 모터(14)의 위상이 변화되면 사용될 수 있는 "준비된(ready)" 커패시터를 유지하게 할 수 있다.

상기 PWM 발생기 회로(400)는 또한 모터 상태 선택기 회로(motor state selector circuit)(410)를 포함할 수 있으며, 이는 상기 모터(14)의 위상에 기초하여 리셋 신호(414) 및 리셋 신호(416)를 발생시킬 수 있다. 상기 리셋 신호(414) 및 상기 리셋 신호(416)는 상기 스위치들(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)을 제어할 수 있다. 이들 스위치들이 열리고 닫히면서, 상기 전류 소스들(406, 408, 409)이 진동하는 그래프를 발생시키기 위해 커패시터들(C1, C2)로 전류를 공급하고 내려 보낼 것이다.

일 실시예에 있어서, 상기 PWM 출력 신호(402)도록 상기 커패시터들(C1, C2)을 사용하는 것 사이를 전환시키기 위하여, 상기 PWM 발생기 회로(400)는 다음의 스위칭 순서를 채용할 수 있다.

● 상기 모터(14)의 제1 위상 동안, 신호(Reset1)는 로우 상태로 시작될 수 있고, 신호(Reset2)는 하이 상태로 시작될 수 있다. 이들 상태들에 있는 동안, 상기 스위치들(SW2, SW3, SW4, SW5)이 상기 커패시터(C2)는 전류 소스들(406, 408)과 연결이 해제되고 전류 싱크(409)에 의해 방전되며, 상기 커패시터(C1)는 상기 전류 소스들(406, 408)에 의해 충전되고 방전되도록 구성된다.

● 상기 커패시터(C1) 상의 전압이 상기 vhigh 신호 보다 클 때, 상기 플립-플롭(418)의 출력은 상기 스위치(SW1)를 토글하고 닫으며, 이는 상기 커패시터(C1)를 방전시킨다.

● 상기 커패시터(C1) 상의 전압이 상기 vlow 신호 보다 작을 때, 상기 플립-플롭(418)의 출력은 상기 스위치(SW1)를 토글하고 개방시키며, 이는 상기 커패시터(C1)가 상기 전류 소스(406)에 의해 충전되게 한다.

● 상기 모터(14)의 위상이 변화될 때, 상기 모터 상태 선택기(410)는 상기 신호(Reset1)를 하이 상태로 위치시키고, 상기 신호(Reset2)를 로우 상태로 배치한다. 이들 상태들에 있는 동안, 상기 스위치들(SW2, SW3, SW4, SW5)은 상기 커패시터(C2)가 상기 전류 소스들(406, 408)에 의해 충전되고 방전되게 하면서 상기 커패시터(C1)를 연결 해제시키고 방전시키도록 구성된다.

● 상기 커패시터(C2) 상의 전압이 상기 vhigh 신호 보다 클 때, 상기 플립-플롭(418)의 출력은 상기 스위치(SW1)를 토글하고 닫으며, 이는 상기 커패시터(C2)를 방전시킨다.

● 상기 커패시터(C2) 상의 전압이 상기 vlow 신호 보다 작을 때, 상기 플립-플롭(418)의 출력은 상기 스위치(SW1)를 토글하고 개방시키며, 이는 상기 커패시터(C1)가 상기 전류 소스(406)에 의해 충전되게 한다.

● 상기 모터(14)의 위상이 후속하여 변화할 때, 전술한 사이클이 계속될 수 있다.

이제 도 5를 참조하면, 흐름도는 모터를 구동시키기 위한 프로세서(500)를 예시한다. 상기 프로세스(500)는 상기 전자 회로(100)와 같은 전자 회로에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 상기 프로세스(500)는 또한 다른 회로들에 의해, 소프트웨어에 의해, 회로들과 소프트웨어의 결합에 의해 또는 해당 기술 분야에서의 다른 적절한 수단에 의해 전체적으로나 부분적으로 구현될 수 있다.

박스 502로 도시한 바와 같이, 상기 프로세스(500)는 상기 PWM 구동 신호(238), 상기 PWM 구동 신호(256), 상기 PWM 구동 신호(210) 및 이와 유사한 것들과 같은 PWM 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 프로세스(500)는 또한 박스 504로 도시한 바와 같이 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 컨트롤하도록 하나 또는 그 이상의 제어 신호들을 발생시킬 수 있다. 상기 프로세스의 실시예들에 있어서, 상기 제어 신호(들)는 하나 또는 그 이상의 서브-회로들에 의해 발생될 수 있고, 상기 프로세스(500)는 서브-회로가 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 컨트롤 하는 데 사용되는 사이에서 교대되게 할 수 있다. 상기 프로세스(500)는 둘 또는 그 이상의 서브-회로들 사이를 교대로 할 수 있으며, 순차 순환과 같은 일정 계획 또는 상기 모터(14)를 구동시키기 위한 임의의 다른 계획을 채용할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 프로세스(500)는 박스 506으로 도시한 바와 같이 상기 모터(14)의 위상이 변화될 때에 서브-회로가 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 컨트롤하는 사이에서 교대되게 할 수 있다.

상기 프로세스(500)는 또한 박스 508로 도시한 바와 같이 상기 모터의 위상들의 지속을 모니터할 수 있다. 상기 지속을 모니터하기 위하여, 상기 프로세스는 박스 510으로 도시한 바와 같이 상기 모터로부터 역-EMF 신호를 수신할 수 있거나 및/또는 박스 512로 도시한 바와 같이 센서(즉, 자기장 센서, 리졸버 등)로부터 신호를 수신할 수 있다.

상기 프로세스(500)는 또한 박스 514로 도시한 바와 같이 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 상기 모터의 위상의 지속에 대응되도록 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 프로세스(500)는 회로 또는 소프트웨어로 상기 주파수를 직접 계산함에 의해, 또는 상술한 바와 같이 진동하는 제어 신호를 제공함에 의해 상기 주파수를 설정할 수 있다. 상기 주파수는 단일 펄스 또는 다중 펄스들이 상기 모터(14)의 각 위상에 대해 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되도록 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 모터(14)의 위상 동안에 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되는 펄스들의 숫자는 고정된 숫자가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 모터(14)의 위상 동안에 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되는 펄스들의 숫자는 정수가 될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 모터(14)의 위상 동안에 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되는 펄스들의 숫자는 가변적이거나 및/또는 정수가 아닌 숫자가 될 수 있고, 상기 모터의 위상, 상기 모터에 인가되는 전력의 양, 상기 모터의 원하는 주파수 등에 반응하여 변화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 PWM 출력 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위하여, 상기 펄스들의 주파수는 펄스가 리셋 신호의 발휘 동안에 또는 상기 모터(14)의 위상이 변화되고 있는 시간의 시점에서 일어나지 않도록 설정될 수 있다. 상술한 바와 같이 주파수를 컨트롤하고 짧은 펄스들의 발생을 감소시키는 것은 모터 지터(motor jitter)를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 종래의 모터 드라이버는, 고정밀 모터를 제어할 때, 3%－6%의 모터 지터를 야기할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들을 이용함에 의해, 고정밀 모터를 컨트롤할 때에 모터 지터가 3% 또는 그 이하, 2% 또는 그 이하, 1% 또는 그 이하 등까지 감소될 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다른 유형들의 모터들(예를 들면, 비정밀 모터들)에 이용될 때에도 모터 지터를 감소시킬 수 있다.

비록 특정 신호들이 디지털 신호들 또는 아날로그 신호들로 앞서 기술되었지만, 해당 기술 분야의 숙련자라면 이러한 점이 한정되게 의도되지는 않은 것을 인식할 수 있을 것이다. 다양한 실시예들에서, 상술한 디지털 신호들은 등가의 아날로그 신호들로 대체될 수 있고, 그 반대로 될 수 있다. 유사하게, 디지털 신호 또는 아날로그 신호를 수신하거나 생성하는 것으로 상술한 구성 요소들은 아날로그 신호들, 디지털 신호들 또는 다른 형태들의 신호들을 수신하거나 생성하는 균등한 구성 요소들로 대체될 수 있다.

상술한 바에서는 본 발명의 주제인 다양한 개념들, 구조들 및 기술들을 예시하는 데 기여하는 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 이들 개념들, 구조들 및 기술들을 포괄하는 다른 실시예들도 이용될 수 있는 점이 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 범주가 설시된 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허 청구 범위의 사상과 범주에 의해 한정되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (26)

1. 모터에 대한 전력을 컨트롤하기 위해 상기 모터에 구동 신호를 발생시키는 단계;
   상기 구동 신호의 주파수를 컨트롤하는 제어 신호를 발생시키는 단계;
   상기 모터의 속도를 모니터링하는 단계; 및
   상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위해, 상기 구동 신호의 주파수를 상기 모터의 위상의 지속과 관련되는 값으로 설정하도록 상기 모터의 속도에 기초하여 상기 제어 신호를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터를 구동시키는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호가 한계치와 교차할 때에 상기 구동 신호를 토글링(toggling)하여 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 한계치는 상기 펄스들의 폭을 컨트롤하기 위한 가변적인 한계치인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스들의 주파수를 상기 모터의 각 위상 동안에 약 둘의 펄스들로부터 약 여섯의 펄스들을 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상에 생성되게 하는 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수는 상기 모터의 위상이 종료되는 시간에 발휘되는 상기 펄스 폭 변조 구동 신호의 발생을 감소시켜 불완전한 펄스의 발생을 감소시키는 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키기 위해 하나 또는 그 이상의 추가적인 제어 신호들을 발생시키는 단계; 및
   상기 모터의 위상이 변화될 때, 그 사이에 상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 발생시키는 데 사용되는 제어 신호를 교대하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수를 설정하는 단계는 전류가 커패시터를 충전시키는 속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 주파수를 설정하는 단계는 상기 제어 신호가 상승하고 하강하는 속도를 제어하도록 하나 또는 그 이상의 커패시터들을 상기 제어 신호에 선택적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 모터의 위상의 지속을 모니터링하는 단계는 상기 모터로부터의 역-기전력(back-EMF) 신호, 자기장 센서로부터의 신호 그리고 리졸버(resolver)로부터의 신호의 하나로부터 전류 신호(commutation signal)를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 자기장 센서는,
    홀 효과(Hall effect) 요소,
    자기저항(magentoresistance) 요소 및
    자기트랜지스터(magnetotransistor)의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 신호는 삼각파 신호인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제어 신호에 반응하여 구동 신호 상의 펄스들을 생성하도록 구성되는 구동 신호 발생 회로(drive signal generation circuit);
    상기 모터로부터 전류 신호를 수신하고 상기 모터의 속도를 모니터하도록 연결되는 검출 회로(detection circuit); 및
    상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시키기 위하여, 상기 구동 신호의 주파수가 상기 모터의 위상의 지속과 관련되도록 상기 모니터된 모터의 속도에 반응하여 상기 제어 신호를 동력학적으로 발생시키게 구성되는 제어 신호 발생 회로(control signal generation circuit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터를 구동시키기 위한 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 구동 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호인 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 13 항에 있어서, 상기 구동 신호 발생기 회로는 상기 제어 신호가 한계치와 교차할 때에 상기 펄스 폭 변조 구동 신호를 토글링하여 상기 펄스폭 변조 구동 신호 상의 펄스들을 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 한계치는 상기 PWM 구동 신호 상의 펄스들의 폭을 컨트롤하기 위한 가변적인 한계치인 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 상기 구동 신호 상의 불완전한 펄스의 발생을 감소시켜 모터 지터(motor jitter)를 감소시키는 상기 PWM 구동 신호 값의 주파수를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 상기 펄스들의 주파수를 상기 모터의 위상이 변화될 때에 한 번에 상기 PWM 구동 신호 상에 일어나는 펄스의 발생을 감소시키는 값으로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 신호 발생 회로는 소정의 숫자의 펄스들이 상기 모터의 위상의 지속 동안에 상기 PWM 구동 신호 상에 발생되도록 상기 PWM 구동 신호의 주파수를 동력학적으로 설정하게 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제 13 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 구동 신호 상에 펄스들을 발생시키기 위한 하나 또는 그 이상의 추가적인 PWM 발생기 회로들을 더 포함하며,
    상기 구동 신호 발생기 회로는 상기 PWM 구동 신호를 발생시키는 데 사용되는 제어 신호 사이에 교대하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 PWM 구동 신호를 발생시키는 데 사용되지 않는 상기 제어 신호를 리셋으로 유지하도록 구성되는 스위칭 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 13 항에 있어서, 상기 PWM 발생기 회로는 전류가 커패시터를 충전시키는 속도를 제어하여 상기 주파수를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 PWM 발생기 회로는 상기 커패시터 내로 및 외부로 흐르는 전류의 양을 제어하여 상기 주파수를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제 12 항에 있어서, 상기 전류 신호는,
    상기 모터로부터의 역-EMF 신호;
    자기장 센서에 의해 생성되는 신호; 및
    리졸버에 의해 생성되는 신호의 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 자기장 센서는,
    홀 효과 요소,
    자기저항 요소 및
    자기트랜지스터의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 신호는 삼각파, 램프(ramp) 신호 및 계산된 신호의 하나인 것을 특징으로 하는 장치.

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