KR100421258B1

KR100421258B1 - 오프셋을 줄인 직류모터 구동 장치

Info

Publication number: KR100421258B1
Application number: KR10-2001-0049934A
Authority: KR
Inventors: 정동열
Original assignee: 인터피온반도체주식회사
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2004-03-11
Also published as: KR20030016033A

Abstract

본 발명은 소자간의 오프셋 차이만이 출력전압의 오프셋으로 나타나도록 구성함으로써 출력전압 오프셋을 줄이며, 공정 변수에 따른 구성소자간의 오프셋 차이가 출력전압 오프셋에 미치는 영향을 감소시켜 높은 수율을 얻을 수 있는 직류모터 구동 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 직류모터 구동 장치는, 직류모터를 양방향 구동하기 위하여, 제어전압 입력단자, 신호기준전압 입력단자, 제1전류출력단자 및 제2전류출력단자를 포함하며, 제어전압과 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 제1전류출력단자로 출력하며, 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 제2전류출력단자로 출력하는 제어전압-전류 변환부; 및 구동기준전압 입력단자, 제1전류 및 제2전류를 입력하기 위한 단자, 제1전압출력단자, 제2전압출력단자를 포함하며, 제1피드백저항, 정입력단이 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 제1전류출력단자 및 제1피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 제1피드백저항 및 제1전압출력단자의 공통단에 연결되는 제1OP앰프, 제2피드백저항 및 정입력단이 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 제2전류출력단자 및 제2피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 제2피드백저항 및 제2전압출력단자의 공통단에 연결되는 제2OP앰프를 포함하는 구동전압 발생부를 포함한다.

Description

오프셋을 줄인 직류모터 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING DC MOTOR WITH LOW OFFSET VOLTAGE}

본 발명은 오프셋을 줄인 직류모터 구동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 구성소자간의 오프셋 차이가 소정의 이득(gain)에 곱하여져 증폭되어 출력전압의 오프셋으로 나타나는 종래 기술과는 달리, 구성소자간의 오프셋 차이가 그대로 출력전압의 오프셋으로 나타나도록 구성함으로써 출력전압 오프셋 크기를 현저히 줄이며, 다양한 공정상 변수에 따른 구성소자간의 오프셋 차이가 출력전압 오프셋에 미치는 영향을 감소시켜 높은 수율을 얻도록 하기 위한 직류모터 구동 장치를 제공하기 위한 것이다.

CD, CDRW, MD, DVD등의 디스크 저장매체에서 데이터를 재생하여 읽거나 혹은 기록하기 위해서는 이 디스크 저장매체를 회전시키거나 혹은 데이터가 기록된 트랙에 레이저를 주사하는 헤드를 상하 직선운동 시키거나 트랙간을 이동시키는 것등이 필요하다. 이러한 운동의 동력을 제공하기 위하여 직류모터가 흔히 이용되고 있으며 그에 따라 이 모터 구동을 위한 회로가 필요하게 된다. 일반적으로 직류모터의 구동을 위하여는 전용 모터 구동 IC가 흔히 사용되고 있으며, 위의 전용 IC는 보통 여러 개의 모터를 구동할 수 있도록 설계되어 진다.

일반적으로 직류모터 구동에 있어서는 모터에 가하는 구동 전압을 최대로 가하고 또한 모터의 운동을 양방향으로 제어하기 위해 모터의 양단을 차동으로 구동하는 방법이 흔히 이용되며 이를 BTL(Balanced Transformerless) 구동이라 한다. 모터의 제어 신호는 DSP(Digital Signal Processor) 칩이나 마이크로 컴퓨터 칩에서 오게 되는데 이러한 제어 신호원이 되는 칩을 서보(Servor) 칩이라고 일반적으로 말하며, 모터 구동 IC는 단지 이 모터 제어 신호에 따라 충분한 구동 파워를 모터에 제공하는 역할을 하며 위의 서보 칩으로부터의 제어신호에 대해 그 차동 출력은 소정의 전압이득(gain)을 가진다. 보통, 서보 칩의 전원으로 3.3V 혹은 5V가 사용되는데, 모터를 구동하기 위해서는 이 이상의 전원 전압이 필요하며 따라서 모터 구동 IC의 전원 전압은 이 보다 높은 전원 전압인 8V 정도가 흔히 이용 된다.

앞에서 언급하였듯이 모터의 운동은 양방향 운동이 필요하며, 예를 들어, 상하 운동의 경우에는 상측운동과 하측운동이 필요한데 이는 모터의 차동 구동에 있어서 모터에 가해 주는 구동 전압의 극성을 바꾸어 주면 된다. 제어용 서보 칩과 모터 구동 IC의 전원 전압에는 보통 하나의 극성만을 가지는 단전원이 사용되므로 모터의 양방향 운동의 제어를 위해서는 기준전압을 중심으로 모터 운동의 방향을 달리하도록 회로를 구성하여야 한다. 예를 들어, 5V 서보 칩 전원전압과 8V 모터 구동 IC 전원전압이 사용되며 모터가 상하 운동을 하는 경우, 서보의 제어 출력은 2.5V를 기준으로 이보다 큰 경우에는 상측운동을, 이보다 작은 경우에는 하측운동을 하도록 할 수 있다. 이에 따라 모터 구동 IC의 양과 음의 두 출력 전압은 제어 입력에 따라 각각 4V를 기준으로 어느 한 출력이 증가하면 다른 한 출력은 같은 양만큼 감소하도록 구동 IC가 구성 된다.

위와 같이 서보 칩과 모터 구동 IC의 전원을 다르게 사용하며 단전원을 사용하는 모터 구동에 있어서는 이러한 전원전압의 차이를 보상하기 위한 DC 레벨 시프트(DC Level Shift) 회로가 필요하다. 예를 들면, 서보 칩에 있어서는 2.5V가 모터양방향 운동을 구별하는 기준전압이지만, 모터 구동 IC에서는 4V가 양방향 운동의 기준전압이 되므로 이러한 차이를 보상하기 위한 DC 레벨 시프트(level shift) 회로가 필요하다.

또한 위의 구동기준전압을 제공하는 회로가 필요하게 된다. 위 예의 경우 4V의 구동기준전압을 만들어 내는 회로가 필요하며, 도4에 나타낸 바와 같이 OP앰프 (Operational Amplifier: Opamp)가 일반적으로 사용 된다.

이러한 모터 구동 IC에서 서보의 제어 신호가 신호의 기준전압과(예를 들어 위의 경우 2.5V) 같은 경우에는 모터가 정지 상태를 의미하며, 모터 구동 회로의 차동 출력 전압은 이상적으로는 영이 되어야 한다. 즉 양과 음의 출력 전압이 모두 구동기준전압과 같은 전압(예를 들어 위의 경우 4V)이어야 한다. 그러나 집적회로에 있어서 다양한 공정상 변수에 따른 회로 소자 값의 변화와 매칭 특성에 의해 차동 출력은 영이 아닌 어떤 값을 가지게 되고 이 값을 출력 오프셋(offset)이라고 한다. 이 출력 오프셋은 작을수록 좋으며 이 값이 커질수록 모터 운동의 어느 한쪽 방향의 운동의 제어범위가 제한되게 된다. 예를 들어 출력 오프셋이 1V를 가지는 경우를 가정하면 모터에 가해지는 구동 전압은 음의 방향으로는 이 오프셋 전압 만큼 더 가할 수 없게 되고 결국 이 방향의 모터 운동은 제한된다.

도1은 종래기술의 모터 구동 회로의 한 예를 보이는 도면으로서 크게는 전류 컨베이어(Current Conveyor)회로를 이용한 제어전압-전류 변환부(10), 신호기준전압 발생부(20), 구동전압 발생부(30) 및 구동기준전압 발생부(40)로 구성되어 있다. 제어전압-전류 변환부(10)의 전류 컨베이어부(11)는 두개의 입력단(X와 Y)를가지며 두개의 출력(Z+와 Z-)를 가진다. 전류 컨베이어부(11)의 이상적인 동작을 설명하면, Y입력단에 가해진 전압은 X입력단에 그대로 나타나며, Y입력단의 입력 전류는 영이고 X입력단에 흘러들어가는 전류는 Z+단에서 같은 양의 전류가 흘러 나오고 Z-단에서 같은 양의 전류가 흘러 들어 간다. 또한 X입력단의 입력 임피던스는 영이고 Y입력단의 입력 임피던스와 출력단 Z+와 Z-의 출력 임피던스는 모두 무한대이다.

이상적이라면 Y입력단의 전압은 X입력단에 같은 크기의 전압이 나타나야 하지만 일정 전압 차이가 생기는데 이것을 전류 컨베이어의 오프셋전압 Vosc(12)라고 하며, 도1과 같이 Y입력단과 직렬로 연결된 전압원으로 모델링 할 수 있으며, 양 혹은 음의 값을 가진다.

구동전압 발생부(30)는 두 개의 OP앰프(31, 36)를 포함하며, 각각에 연결된 피드백 저항(32, 37)에 의해 그 이득이 정해져 직류모터(50)를 차동으로 구동하게 된다. 예를 들어, 피드백 저항(32, 37)이 R3P=R3N=R3이고 R4P=R4N=R4라면, 두 OP앰프(31, 36)의 출력전압 Vo+와 Vo-는 각각 Vo+=-(R4/R3)Vpref+(1+R4/R3)Vz+, Vo-=(R4/R3)Vpref+(1+R4/R3)Vz-로 주어지며, 그 차동출력 Vo는 Vo=(Vo+ - Vo-)= (1+R4/R3)(Vz+ - Vz-)로 주어 진다. 그러나 두 개의 OP앰프 (31, 36)는 각각 입력 오프셋전압이 있으며, 도1에서는 제1OP앰프(31)의 오프셋전압 Vosp(34)와 제2OP앰프(36)의 오프셋전압 Vosn(39)로 모델링 되어 있다. 즉, 각각의 OP앰프의 양의 입력단과 직렬로 연결된 전압원으로 나타내어질 수 있으며, 양 혹은 음의 값을 가질 수 있다.

도1에서 모든 오프셋 전압이 모두 영으로 가정하고 그 동작을 설명하면 모터 제어 입력 Vin이 저항 R1(13)을 통하여 전류 컨베이어의 X입력단에 연결되고 신호기준전압 Vsref(20)이 Y입력단에 연결되므로, 위에서 설명한 이상적인 전류 컨베이어의 동작에 따라서, X입력단의 전압은 Vsref가 되고 X입력단으로 입력전류 Iin= (Vin-Vsref)/R1의 전류가 흐른다. 이 전류는 Z+단과 Z-단에서 각각 같은 크기로 흘러 나오고 또한 흘러 들어가는 전류가 된다. 따라서, 각각의 전류는 도1에서 표시된 전류의 극성을 가지며, 그 크기는 Iop=Ion=Iin=(Vin-Vsref)/R1 이 된다. 이 전류는 각각 저항 R2P(35)와 R2N(35-1)을 통해 흐른다. R2P=R2N=R2라면 Vz+와 Vz-는 각각 Vz+=(R2/R1)*(Vin-Vsref)+Vpref 이고 Vz-=-(R2/R1)*(Vin-Vsref)+Vpref 로 주어 진다. 그러므로 Vo+와 Vo-그리고 차동 출력 Vo는 다음의 식으로 주어 진다.

위의 식에서 알 수 있듯이 Vo+와 Vo-는 각각 Vpref 만큼 DC 레벨 시프트되고, (Vin-Vsref) 전압을 (R2/R1)*(1+R4/R3)만큼 증폭하며, 위상이 서로 180도 차이가 나는 출력이 되며, Vo는 (Vin-Vsref)를 2*(R2/R1)*(1+R4/R3)만큼 증폭한 값이된다.

위에서 설명한 종래기술의 직류모터 구동 회로에서는 구동기준전압 Vpref(40)로 전류 컨베이어의 출력 전류 Iop와 Ion이 흐르므로 구동기준전압 발생부(40)는 이 전류를 구동할 수 있어야 한다. 이를 위해 일반적으로 OP앰프가 사용되어 지는데 도4에서는 이 구동기준전압 발생부(40) 회로의 일례를 보이고 있다. 전원전압 VCC는 저항 RB1(42)과 RB2(43)에 의해 분압되며, 유니티(unity) 피드백된 voltage follower(41)를 통해 구동기준전압 Vpref를 만들어 낸다. 회로에서 Vpref= VCC*(RB2/(RB1+RB2))으로 주어지며, 모터에 가해지는 구동 전압이 최대로 될 수 있도록 저항 RB1(42)과 RB2(43)를 설정하며, 대개 그 값은 모터 구동 전압의 반 정도가 된다.

그러나, 위의 수학식 1은 이상적인 경우의 관계식이고 실제로는 저항의 미스매칭(mismatching)과 전류컨베이어 및 OP앰프의 오프셋 전압을 고려하면 달라지게 되는데, 여기서는 오프셋전압과 저항의 미스매칭만을 고려하기로 한다.

만약 저항들이 서로 매칭되어 있지 않으면 다음과 같이 서로 상응하는 저항을 평균값과 미스매칭값으로 정의할 수 있다. 즉, 평균값인 R2=(R2P+R2N)/2, 미스매칭값인R2=R2P-R2N, R3=(R3P+R3N)/2,R3=R3P-R3N, R4=(R4P+R4N)/2,R4= R4P-R4N로 정의할 수 있다. 또한 OP앰프 31과 OP앰프 36의 오프셋 전압차이를Vos=Vosp-Vosn으로 정의하여 도1의 최종적인 차동 출력 전압은 다음과 같이 주어 진다.

위의 수학식 2에서 출력 전압은 오프셋 전압과 저항 미스매치에 의해 달라지는 것을 알 수 있다. 모터 구동회로의 출력 오프셋 전압은 Vin=Vsref일때의 출력전압(Vo)으로 정의되므로, 수학식 2로부터 출력 오프셋 전압은 다음의 수학식으로 주어진다.

위의 수학식 3에서 A_T는 총 전압이득이고 A_A는 OP앰프의 폐루프이득을 나타낸다. 수학식 3에서 알 수 있듯이 주어진 모터 구동 IC의 출력 오프셋 규격을 만족하기 위해서는, 즉, IC의 수율(Yield)을 높이기 위해서는 전류 컨베이어의 오프셋 전압 Vosc와 OP앰프 31과 36의 오프셋 전압 차Vos=Vosp-Vosn를 최소화 하여야 한다. 그러나, 오프셋 전압의 발생과정은 다양한 공정변수에 따라 웨이퍼(wafer)내에서 통계적인 확률 분포를 가지는 랜덤 프로세스(Random Process)이며, 그에 따라 오프셋 전압은 양 혹은 음의 값을 가지는 랜덤 변수(Random Variable)이므로 어느한 칩에서 이 값들이 각각 최대 값이 되어 서로 더해지는 경우가 생길 수 있으며, 또한 수학식 3에서 알수 있는 바와 같이, 그 값을 OP앰프의 폐루프 이득으로 곱하므로 결과적으로 매우 큰 값을 가지게 되어 출력 오프셋 전압 규격을 만족하지 못하게 되어 결국 수율을 저하시키게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 안출한 것으로, 구성소자간의 오프셋 차이가 소정의 이득(gain)과 곱하여져 증폭되어 출력전압의 오프셋으로 나타나는 종래 기술과는 달리, 구성소자간의 오프셋 차이가 그대로 출력전압의 오프셋으로 나타나도록 구성함으로써 출력전압 오프셋의 크기를 현저히 줄이며, 다양한 공정상 변수에 따른 구성소자간의 오프셋 차이가 출력전압 오프셋에 미치는 영향을 감소시켜 높은 수율을 얻도록 하기 위한 직류모터 구동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 직류모터를 양방향 구동하기 위한 구동 장치이며, 제어전압 입력단자, 신호기준전압 입력단자, 제1전류출력단자 및 제2전류출력단자를 포함하며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 제어전압-전류 변환부; 및 구동기준전압 입력단자, 상기 제1전류 및 제2전류를 입력하기 위한 단자, 제1전압출력단자, 제2전압출력단자를 포함하며, 제1피드백저항, 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제1전류출력단자 및 상기 제1피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제1피드백저항 및 상기 제1전압출력단자의 공통단에 연결되는 제1OP앰프, 제2피드백저항 및 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제2전류출력단자 및 상기 제2피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제2피드백저항 및 상기 제2전압출력단자의 공통단에 연결되는 제2OP앰프를 포함하는 구동전압 발생부를 포함한다.

바람직하게는 상기 직류모터 구동 장치는, 상기 구동기준전압 입력단자로 소정 정전압을 제공하는 구동기준전압 발생부를 더 포함한다.

바람직하게는 상기 직류모터 구동 장치의 상기 제어전압-전류 변환부는, 한쪽단이 상기 제어전압 입력단자에 연결되는 입력저항; 및 제1입력단자가 상기 입력저항과 연결되며, 제2입력단자가 상기 신호기준전압 입력단자에 연결되며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 전류컨베이어부를 포함한다.

바람직하게는 상기 직류모터 구동 장치의 상기 구동기준전압 발생부는, 전원에 연결된 제1분압저항; 및 상기 제1분압저항과 접지 사이에 연결된 제2분압저항을 포함하며, 상기 제2분압저항과 상기 접지 사이의 전압을 상기 구동기준전압으로 출력한다.

바람직하게는 상기 직류모터 구동 장치의 상기 구동전압 발생부는, 상기 제1전류값 및 상기 제1피드백저항의 곱에 비례하는 전압을 발생시켜 상기 구동기준전압에 더한 크기를 갖는 제1전압을 상기 제1전압출력단자로 출력하며, 상기 제2전류값 및 상기 제2피드백저항의 곱에 비례하는 전압을 발생시켜 상기 구동기준전압으로부터 뺀 크기를 갖는 제2전압을 상기 제2전압출력단자로 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명의 구동전압발생회로는, 제어전압 입력단자, 신호기준전압 입력단자, 제1전류출력단자 및 제2전류출력단자를 포함하며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 제어전압-전류 변환부와 소정 정전압을 제공하는 구동기준전압 발생부에 연결되어 직류모터를 양방향 구동하기 위한 구동전압을 발생시키는 회로이며, 구동기준전압 입력단자, 상기 제1전류 및 제2전류를 입력하기 위한 단자, 제1전압출력단자, 제2전압출력단자를 포함하며, 제1피드백저항, 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제1전류출력단자 및 상기 제1피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제1피드백저항 및 상기 제1전압출력단자의 공통단에 연결되는 제1OP앰프, 제2피드백저항 및 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제2전류출력단자 및 상기 제2피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제2피드백저항 및 상기 제2전압출력단자의 공통단에 연결되는 제2OP앰프를 포함한다.

도 1은 종래기술의 직류모터 구동 장치의 구성을 도시한 블록선도이다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류모터 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도3은 본 발명의 직류모터 구동 장치의 전류컨베이어부를 구성하는 회로의 한 예를 나타낸다.

도4는 종래기술의 직류모터 구동 장치를 위한 구동기준전압 발생부를 나타낸다.

도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동기준전압 발생부의 한 예를 나타낸다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제어전압-전류 변환부 20 : 신호기준전압 발생부

30 : 구동전압 발생부 40 : 구동기준전압 발생부

50 : 모터 60 : 제어전압-전류 변환부

70 : 신호기준전압 발생부 80 : 구동전압 발생부

90 : 구동기준전압 발생부 100 : 모터

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 직류모터 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 본 실시예는 전류 컨베이어(Current Conveyor)회로를 이용한 제어전압-전류 변환부(60), 신호기준전압 발생부(70), 구동전압 발생부(80) 및 구동기준전압 발생부(90)를 포함할 수 있다. 제어전압-전류 변환부(60)의 전류 컨베이어부(61)의 이상적인 동작은 위에서 기술한 바와 같다. 신호기준전압 발생부(70)는 소정 정전압원으로 구성되며 제어신호가 채택하고 있는 표준에 따라 달라질 수 있다(예를 들어, 최대전압이 3.3V 표준 또는 5V 표준). 구동전압 발생부(80)는 도1의 종래기술의 구동전압 발생부(30)가 수행하는 전압 증폭 작용과는 달리, 전류-전압 변환 증폭 작용을 한다.

구동전압 발생부(80)의 제1OP앰프(84) 및 제2OP앰프(81)는 출력단과 부입력단(-) 사이에 각각 R4N(85) 및 R4P(82)의 저항이 연결되어 피드백 루프를 구성하고 있으며, 정입력단(+)에는 모터 구동기준전압 발생부(90)로부터 공급되는 기준전압 (Vpref)이 연결되어 있다.

피드백 루프의 구성에 의해 OP앰프(81, 84)의 부입력단(-) 쪽으로 들여다 보는 입력 임피던스는 이상적으로는 영이 되는 매우 작은 값이다. 그러므로 제어전압-전류 변환부(60)에서 출력되어 구동전압 발생부(80)로 입력된 전류가 OP앰프의 부입력단(-)으로 들어오면, 그 전류는 모두 피드백 저항(82, 85)으로 흐르게 되고 출력 전압으로 변환되어 나타나게 된다.

도2에서 모든 오프셋 전압(Vosc, Vosp, Vosn)이 영이라고 가정하고 그 동작을 설명하면, 모터 제어전압 입력 Vin이 입력저항 R1(63)을 통하여 전류 컨베이어부(61)의 X입력단에 연결되고 신호기준전압 Vsref(70)이 Y입력단에 연결되므로, 위에서 설명한 이상적 전류 컨베이어 회로의 동작에 의하여 X입력단의 전압은 Vsref가 되고 X입력단으로 입력전류 Iin=(Vin-Vsref)/R1의 전류가 흐른다. 이 전류는 Z+단과 Z-단에서 각각 거의 같은 크기로 흘러 나오고 흘러 들어가는 전류(Iop, Ion)가 된다. 이 전류들은 제1OP앰프(84)와 제2OP앰프(81)의 부입력단(-)의 입력 임피던스가 피드백에 의하여 거의 영이므로 바로 구동전압 발생부(80)로 입력될 수 있다.

따라서, 각각의 전류는 도2에 표시된 극성을 가지며, 그 크기는 Iop=Ion= Iin=(Vin-Vsref)/R1 이고, 이들 전류는 각각 제2 피드백저항 R4P(82)와 제1피드백저항 R4N(85)를 통해 흐르므로 R4P=R4N=R4라면 Vo+와 Vo-는 각각 Vo+=(R4/R1) *(Vin-Vsref)+Vpref이고 Vo-=-(R4/R1)*(Vin-Vsref)+Vpref로 주어진다. 그러므로 차동 출력 Vo는 다음의 식으로 주어진다.

또한, 위에서 한 방법과 같이 본 발명의 출력 오프셋을 구하면 다음과 같다.

종래기술의 경우와 비교하기 위하여, 모터 구동 IC의 총 이득이 같도록 하였다고 가정하면, 즉, 수학식 5의 R4/R1이 수학식 3의 (R2/R1)*(1+R4/R3)와 같다고 하면, 전류 컨베이어의 오프셋 전압이 모터 구동 회로의 총이득과 곱해져서 출력 오프셋에 나타나는 것은 종래기술의 경우와 같다. 그러나, 종래기술의 경우에는 두 OP앰프의 오프셋 전압차(Vos)가 OP앰프의 폐루프 이득(A_A)과 곱하여져 출력전압오프셋에 나타나게 되지만, 본 발명의 경우는 위의 수학식 5와 같이 그냥 OP앰프의 오프셋 전압차만이 출력전압 오프셋으로 나오게 되므로 기존의 방법보다 출력 오프셋의 크기를 현저히 줄일 수 있으며, 그에 따라 다양한 공정상 변수에 따른 구성소자간의 오프셋 차이에 의한 출력전압 오프셋으로의 영향을 줄일 수 있어 수율을 크게 향상 시킬 수 있다.

또한, 전류 컨베이어부(61)의 출력 전류(Ion, Iop)가 종래기술의 경우와는 달리 모터 구동기준전압 발생부(40, 90)로 흐르지 않으며, 본 발명의 구동기준전압 발생부(90)의 출력전압(Vpref)는 OP앰프(81, 84)의 입력단에 각각 연결되므로(이상적으로는 이들 OP앰프의 입력단 전류는 영이므로), 종래기술의 경우와 같이 전류구동을 위해 OP앰프 등을 사용할 필요가 없으며, 도5에 나타낸 바와 같이, 간단한 RB1(92) 및 RB2(93)로 구성되는 저항 분압기를 모터 구동기준전압 발생부(90)를 구성하는 회로로써 사용할 수 있는 장점이 있다.

도3은 전류 컨베이어부(61)를 구성하는 회로의 한 예를 나타낸다. 그 동작은 다음과 같다. OP앰프(161)와 Q1, Q2 트랜지스터는 유니티(unity) 피드백을 구성하고 있으며, 이상적인 OP앰프(161)의 정입력단(+)은 임피던스가 무한대이고 입력전류가 영이므로 전류 컨베이어부(61)의 Y입력단에 해당하고 OP앰프(161)의 부입력단 (-)은 부궤환 피드백에 의해 입력 임피던스가 영이고 또한 정입력단(+)의 전압이 똑 같이 나타나므로 전류 컨베이어의 X입력단에 해당한다. 입력 전류가 X입력단으로 흘러들어오게 되면 Q2가 턴온되고 Q1은 턴오프 된다. Q2에 흐르는 전류는 전류미러 Q3-Q4에 의해 출력단 Z-에서 똑같은 전류가 흘러들어가고, 전류미러 Q3-Q5와Q12-Q11를 통한 후 출력단 Z+에서 똑같은 전류가 흘러나오게 된다. 반대로, 입력 전류가 X입력단에서 흘러나오게 되면 Q1은 턴온되고 Q2는 턴오프 된다. Q1에 흐르는 전류는 전류미러 Q8-Q9에 의해 출력단 Z-에서 똑같은 전류가 흘러나오게 되고, 전류미러 Q8-Q10와 Q6-Q7를 통한 후 출력단 Z+에서 똑같은 전류가 흘러들어 간다. Z+와 Z-단의 출력 임피던스는 트랜지스터의 컬렉터(collector) 임피던스이므로 매우 크다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 위의 전류 컨베이어 회로는 동일한 기능을 하는 다양한 다른 회로로 구성될 수 있으며, 위의 구동기준전압 발생부역시 정전압을 공급하기 위한 수많은 변형회로로 대체될 수가 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기존의 방법보다 구성소자의 수를 줄여 보다 간단한 회로를 구현하면서도, 출력 오프셋의 크기를 줄일 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

또한, 다양한 공정상 변수에 의해 확률적 분포를 갖는 구성소자간 오프셋 차이가 증폭되어 큰 출력전압 오프셋으로 나타나는 것을 방지할 수 있어 수율을 크게 향상 시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 모터 구동 방법은 구동기준전압을 발생시킴에 있어서 종래기술과 같이 OP앰프를 반드시 사용하여야 할 필요가 없으며, 간단한 저항 분압기를 사용할 수도 있어서 회로의 단순화가 가능하며, 그에 따라 칩 크기를 줄일 수 있다.

Claims

직류모터를 양방향 구동하기 위한 구동 장치에 있어서,

제어전압 입력단자, 신호기준전압 입력단자, 제1전류출력단자 및 제2전류출력단자를 포함하며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 제어전압-전류 변환부; 및

구동기준전압 입력단자, 상기 제1전류 및 제2전류를 입력하기 위한 단자, 제1전압출력단자, 제2전압출력단자를 포함하며, 제1피드백저항, 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제1전류출력단자 및 상기 제1피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제1피드백저항 및 상기 제1전압출력단자의 공통단에 연결되는 제1OP앰프, 제2피드백저항 및 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제2전류출력단자 및 상기 제2피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제2피드백저항 및 상기 제2전압출력단자의 공통단에 연결되는 제2OP앰프를 포함하는 구동전압 발생부

를 포함하는 직류모터 구동 장치.
제 1항에 있어서,

상기 구동기준전압 입력단자로 소정 정전압을 제공하는 구동기준전압 발생부를 더 포함하는 직류모터 구동 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 제어전압-전류 변환부는

한쪽단이 상기 제어전압 입력단자에 연결되는 입력저항; 및

제1입력단자가 상기 입력저항과 연결되며, 제2입력단자가 상기 신호기준전압 입력단자에 연결되며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 전류컨베이어부를 포함하는 직류모터 구동 장치.
제 2항에 있어서,

상기 구동기준전압 발생부는

전원에 연결된 제1분압저항; 및

상기 제1분압저항과 접지 사이에 연결된 제2분압저항을 포함하며,

상기 제2분압저항과 상기 접지 사이의 전압을 상기 구동기준전압으로 출력하는 직류모터 구동 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 구동전압 발생부는 상기 제1전류값 및 상기 제1피드백저항의 곱에 비례하는 전압을 발생시켜 상기 구동기준전압에 더한 크기를 갖는 제1전압을 상기 제1전압출력단자로 출력하며, 상기 제2전류값 및 상기 제2피드백저항의 곱에 비례하는 전압을 발생시켜 상기 구동기준전압으로부터 뺀 크기를 갖는 제2전압을 상기 제2전압출력단자로 출력하는 것을 특징으로 하는

직류모터 구동 장치.
제어전압 입력단자, 신호기준전압 입력단자, 제1전류출력단자 및 제2전류출력단자를 포함하며, 상기 제어전압과 상기 신호기준전압의 차이에 비례하는 제1전류를 상기 제1전류출력단자로 출력하며, 상기 제1전류와 실질적으로 동일한 크기를 가지며 극성이 반대인 제2전류를 상기 제2전류출력단자로 출력하는 제어전압-전류 변환부와 소정 정전압을 제공하는 구동기준전압 발생부에 연결되어 직류모터를 양방향 구동하기 위한 구동전압을 발생시키는 회로에 있어서,

구동기준전압 입력단자, 상기 제1전류 및 제2전류를 입력하기 위한 단자, 제1전압출력단자, 제2전압출력단자를 포함하며, 제1피드백저항, 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제1전류출력단자 및 상기 제1피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제1피드백저항 및 상기 제1전압출력단자의 공통단에 연결되는 제1OP앰프, 제2피드백저항 및 정입력단이 상기 구동기준전압 입력단자에 연결되며, 부입력단이 상기 제2전류출력단자 및 상기 제2피드백저항의 공통단에 연결되며, 출력단이 상기 제2피드백저항 및 상기 제2전압출력단자의 공통단에 연결되는 제2OP앰프를 포함하는

구동전압 발생회로.