---

모터의 On/Off 제어법

---

1. 모터 제어의 기본회로

모터를 컴퓨터로 제어할 때의 기본은 On/Off 제어이다.
즉, 모터의 기동, 정지에 대해서만 제어한다.
기동, 정지에 대해서만 제어하는 것은 모든 모터 제어의 기본이다.

모터를 On/Off 제어할 때의 기본회로에는 몇 가지 있다.

(1) 트랜지스터 구동(이미터 부하)
아랫 그림의 회로에 의해 트랜지스터를 On/Off함으로써 모터를 On/Off한다. 그러나, 이 회로는 트랜지스터가 완전히 포화되는 On 상태로는 할 수 없고, Vce가 크기 때문에 전압손실이 커지고 만다.
동작으로서는 자동적으로 부귀환이 동작하기 때문에 동작은 안정적이다.
이 때문에 간단한 속도제어를 하기 위해 OP 앰프를 추가한 회로가 사용된다.
이 경우, 트랜지스터에서의 전력손실이 그대로 열로 되기 때문에 트랜지스터의 열대책은 충분히 고려할 필요가 있다.



(2) 트랜지스터 구동(컬렉터 부하)
모터를 트랜지스터 컬렉터의 부하로 이용한 것으로, 트랜지스터가 완전히 포화된 On 상태로 구동할 수 있기 때문에 드라이브 능력이 크고 전압손실도 적게 할 수 있다. 따라서 일반적으로는 이 회로가 많이 사용되고 있다.

    


(3) 역기전력의 처리
트랜지스터가 On으로 되어 모터가 회전하고 있는 동안에는 모터의 코일에 에너지가 축적되어 있다.
그리고 트랜지스터가 Off로 되면 그 에너지를 방출하려고 하기 때문에, 모터 코일의 양단에는 플러스, 마이너스가 역방향의 기전력이 발생한다.
이 전압은 매우 크기 때문에 그대로는 트랜지스터가 파괴되어 버리는 경우도 있다.

그래서, 이 대책으로, 코일을 쇼트시켜 남아 있는 에너지를 순간적으로 전류로서 흘려 버리는 식으로 해서, 역기전력을 억제하도록 한다.
이 기능을 하는 것이 아랫 그림의 다이오드이며, 역방향의 기전력만 쇼트시키고, 통상적인 전압에 대해서는 고저항으로 되어 전류가 흐르지 않도록 하는 것이다.

2. H 브리지 제어회로

모터의 On/Off 제어는 상기의 회로를 사용해도 문제없이 할 수 있다. 그러나 회전의 방향을 바꾸고 싶을 때는 어떻게 하면 좋은가?
모터에 가하는 전압의 플러스, 마이너스를 반대로 하면 모터는 역회전하지만, 위의 회로에서는 그것이 곤란하다.

그래서, 단일전원으로 모터에 가하는 전압의 방향을 바꿀 수 있는 회로로 고안된 것이 "H 브리지 회로"이다.
기본 구성은 아랫 그림과 같이 되어 있으며, H형으로 되어 있으므로 이렇게 부르고 있다.



기본동작은 Q1과 Q4의 트랜지스터만 동시에 On으로 하면 청색선과 같이 전류가 흐르고, 모터는 정회전한다.
반대로 Q2와 Q3만 On으로 하면 적색선과 같이 전류가 흐르고, 모터는 역회전하게 된다.
그리고, Q3과 Q4만 동시에 On으로 하면 모터에 브레이크를 거는 동작으로 된다.

3. 모터 드라이버 IC

최근에는 모터 드라이브용의 전용 IC가 나돌고 있는데, 이런 IC 내부에는 위의 H 브리지가 내장되어 있는 것이 대부분이므로, 트랜지스터 등의 개별 부품으로 구성할 필요는 거의 없다.
당연한 일이지만, 역기전력 흡수용의 다이오드도 내장되어 있으며, 그 외에 열차단 회로나 과전류 보호회로도 내장되어 있다.
다음은 이 motor driver의 대표적인 IC를 소개한다.

TA7257P
·출력전류 1.5A(ave) 4.5A(peak)로 대용량
·모드는 정회전, 역회전, 스톱, 브레이크의 4가지 모드
·역기전력 흡수용 다이오드 내장, 열차단, 과전류 보호회로 내장
·동작전원전압 6∼18V

TA7291P
·최대 전원전압: 4.5∼20V
·출력전류: 1.0A(평균) 1.5A(최대)
·열차단 회로 내장
·출력단자 protector 회로 내장
·역기전력 흡수용 다이오드 내장
·입력 histeresis 회로 내장
·standby 회로 내장

이들 IC의 내부는 아랫 그림과 같이 되어 있으며, H 브리지가 내장되어 있다.

4. 실제 사용 예

모터 제어용 드라이버 IC의 실제 사용 회로 예는 아랫 그림과 같이 된다. PIC에 접속하는 것은 IN1, IN2의 2라인 뿐이며, 이것으로 정/역회전, 스톱을 제어할 수 있다.
아랫 그림은 무선조정 자동차의 차량 탑재측 컨트롤러이며, 2개의 모터를 무선조정 수신기로부터의 시리얼 신호를 해석하여 펄스폭에 따라 전진/후진을 제어한다.