KR0132503B1 - 스위치 드릴렉턴스 모터의 구동 회로 - Google Patents

스위치 드릴렉턴스 모터의 구동 회로

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KR0132503B1
KR0132503B1 KR1019940000843A KR19940000843A KR0132503B1 KR 0132503 B1 KR0132503 B1 KR 0132503B1 KR 1019940000843 A KR1019940000843 A KR 1019940000843A KR 19940000843 A KR19940000843 A KR 19940000843A KR 0132503 B1 KR0132503 B1 KR 0132503B1
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Abstract

에너지를 효율적으로 사용하고 역상 제동 효과를 얻을수 있으며, 또한 전류의 모양을 변화시켜 토오크 리플을 적도록 하게 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로이다.
이 구동 회로는 소정의 전기 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 행하는 제1 스위칭부와, 제1 스위칭부의 동작에 따라 자속을 발생 시키는 자속 발생부와, 자속 발생부에 흐르는 여자 전류를 일방향으로 전달하는 다이오드 어레이부오, 다이오드어레이부를 통과한 여자 전류를 전기 에너지로 축적하는 제1에너지 저장부와, 제1에너지 저장부에 축적된 전기 에너지를 받아 이를 자기 에너지로 전환하는 에너지 전환부와, 에너지 전환부의 동작을 제어하는 제2스위칭부와, 에너지 전환부의 출력을 전기 에너지로 저장하는 제2에너지 저장부(19)와, 제2스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 주파수 변환부와, 소저의 전기 신호를 받아 스위칭 신호를 발생하는 제어부와, 제어부에서 출력된 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작을 행하는 제3스위칭부와, 제3스위칭부의 동작시 제1에너지 저장부의 에너지 역류를 방지하기 위한 역류 방지부으로 구성된다.

Description

스위치 드릴렉턴스 모터의 구동 회로
제1도는 일반적인 스위치드 릴럭턴스 모터의 고정자 및 회전자의 구성도.
제2도는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동회로도 및 그의 파형도로서, 제2도(a) - 제2도(g)는 종래의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로도이고, 제2도(h) - 제2도(i)는 제2도(f) 및 제2도(g)의 회로의 파형도이다.
제3도는 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로의 일실시예의 회로도.
제4도는 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로의 다른 실시예의 회로도.
제5도는 제3도 및 제4도의 회로의 일부의 전류 파형도.
제6도는 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로의 또 다른 실시예의 회로도.
제7도는 제6도의 회로의 일부의 상세 회로도.
제8도는 제6도의 회로의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도.
제9도는 본 발명의 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로의 아직 다른 실시예의 회로도.
제10도는 제9도의 회로의 일부의 상세 회로도.
제11도는 제10도의 회로의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도.
제12도는 펄스폭 변조 신호의 듀티에 따른 각 상의 코일의 전류의 변화와 이에 따른 토오크 파형을 보인도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
9, 10, 11, 12 : 코일 13 : 자속 발생부
14 : 제1스위칭부 15 : 다이오드 어레이부
16 : 제1에너지 저장부 17 : 에너지 전환부
17a : 유도 결합 회로 18 : 제2스위칭부
19 : 제2에너지 저장부 20 : 주파수 변환부
21, 24 : OR 게이트 25 : 제어부
26 : 제3스위칭부 27 : 역류 방지부
28 : 하강 에즈 검출부 30 : 레벨 천이부
31 : 펄스폭 변조 신호 발생부 Q1, Q2, Q3, Q4: 트랜지스터
M9, M10, M11, M12, M13, M14: 모스 트랜지스터
D16, D17, D18, D19, D20, 17b : 다이오드 C1,C2: 콘덴서
본 발명은 스위치드 릴럭턴스 모토(Switched Reluctancd Motor : 이하, 간단히 SRM이라 한다)에 관한 것으로, 특히 SRM의 구동 회로에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 SRM의 고정자 및 회전자의 구성을 나타낸 도이다.
제1도에 도시한 구성은 고정자의 폴(1,2,3)에 코일(4,5,6)을 감아 상기 코일(4,5,6)에 상여자 신호를 차례로 인가함으로써 자속을 발생시켜 회전자(7)를 회전시키는 동작을 갖는다.
종래의 3상 SRM의 구동 회로는 첨부된 도면에 나타난 바와 같이 R잉여(Dump) 회로(제2도(a)), q + 1회로(제2도(b)), C 잉여 회로(제2도(c)), 비대칭 브리지(bridge) 회로(제2도(d)),두줄감이(Bifilar Winding) 회로(제2도(e))등이 있으며 상기 3상 SRM의 구동 회로는 상여자 신호를 상기 코일(4,5,6)에 일정 위상차를 두고 인가하여 SRM를 구동시키고 코일(4,5,6)의 자기 에너지를 주전원에 되돌릴수 있도록 한 구성이며, 이하 제2도(a)에 나타난 R 잉여 회로를 중심으로 종래의 SRM의 구동 회로의 동작을 설명한다.
종래의 R 잉여 회로는 상여자 신호의 제어에 의하여 자속을 발생시켜 SRM의 회전자(7)를 회전시키며, 이 회로는 서로 병렬로 연결된 코일(4,5,6), 상여자 신호의 제어에 의해 상기 코일(4,5,6)을 통과한 여자 전류를 단속시키는 스위칭부(T1, T2, T3), 상기 코일(4,5,6)에 각각으로 연결된 다이오드(D1, D2, D3), 상기 다이오드(D1, D2, D3) 각각에 연결된 저항(R1, R2, R3)에 흐르는 전류를 축적하기 위한 콘덴서(C1)로 구성되며, 그의 동작은 다음과 같다.
상기 과정 후 제1 상여자 신호(Sa)의 공급을 중단하여 스위칭부(T1)를 턴 오프시키고 제2 상여자 신호(Sb)가 상기 스위칭부(T2)에 인가되어 스위칭부(T2)를 턴 온시키면 상기 코일(4)에 자기 에너지로 축적되었던 여자 전류가 다이오드(D1) 및 상기 저항(R1)을 통하여 상기 콘덴서(C1)로 흘러 거기에 전기 에너지로 축적되고 상기 코일(5)에는 전류가 흘러 자속을 발생시킨다.
또한 제2 상여자 신호(Sb)의 공급을 중단하여 상기 스위칭부(T2)를 턴 오프시키고 제3 상여자 신호(Sc)가 상기 스위칭부(T3)에 인가되어 상기 스위칭부(T3)를 턴 온시키면 상기 코일(5)에 자기 에너지로 축적되었던 여자 전류가 다이오드(D2) 및 상기 저항(R2)을 통해 상기 콘덴서(C1)로 흘러 거기에 전기 에너지로 축적되고 상기 코일(6)에는 전류가 흘러 자속을 발생시킨다.
상기와 같은 동작에서 알 수 있듯이 종래의 SRM의 구동 회로는 상기 동작을 연속적으로 반복 실시하여 코일(4,5,6)에 축적 되었던 자기 에너지를 상기 콘덴서(C1)에 전기 에너지로 축적하는데, 이때 상기 저항(R1, R2, R3)을 제거하고 상기 주전원(Vdc)과 코일(4,5,6) 사이에 스위칭부(T4)를 연결하여 상기 스위칭부(T4)가 쵸핑(Chopping)을 하도록 구성한 것이 제2도(b)의 q + 1회로다.
또한 상기 R잉여 회로(제2도(a))의 상여자 전류를 1차적으로 콘덴서(Cd)에 전기 에너지로 축적한 후 스위칭부(T5)의 스위칭 작용에 의해 그 전기 에너지를 코일(Ld)을 통과시켜 상기 콘덴서(C1)에 축적할 수 있도록 한 구성이C잉여 회로(제2도(c))이고 상기 주전원(Vdc)과 코일(4,5,6) 사이에 각각 스우칭부(T4, T5, T6)를 연결하여 상여자 전류가 다이오드(D1, D2, D3)를 통하여 콘덴서(C1)에 전기 에너지로 축적되도록 한 구성이 비대칭 브리지 호로(제2(d))이다.
그리고 상기 코일(4,5,6)이 상여자 전류를 유도 결합 회로(L1, L2, L3)에 의해 유도하여 유도된 상여자 전류의 방전 통로를 형성하는 다이오오드(D4, D5, D6)를 통하여 이를 콘덴서(C1)로 되돌리도록 한 구성이 두줄 감이회로(제6도)이다.
그러나 R 잉여 회로는 에너지의 손실이 매우 많고 q + 1회로의 공간 면에서 스위칭부(T4)의 부담이 커지며 고속으로 동작에서 상호 인덕턴스의 영향으로 사용이 제한 되고 C 잉여 회로는 고속 동작에 불리한 면이 있다.
또한 비대칭 브리지 회로는 제작 단가가 매우 비싸고 두줄감이 회로는 모터의 부피가 커지고 제작이 어렵다.
일반적으로 SRM에서 위상차가 없을 때, 즉 고정자의 폴(1,2,3)과 회전자(7)의 돌출부가 일치하였을 때 코일(4,5,6)의 인덕턴스가 가장 크로 고정자의 폴(1,2,3)과 회전자(7)의 동출부가 45°의 위상차가 있을 때 코일의 인덕턴스가 가장 적다.
보통 SRM에서는 위상차가 45°일 때 여자시키는데, 코일의 인덕턴스가 증가하는 부분에서 여자를 시작한다.
만일, 코일의 인덕턴스가 감소하는 부분에서 여자를 시작하게 되면 제동이 걸린다.
제2도(f) 및 제2도(g)는 종래의4상 SRM의 구동 회로의 회로도이다.
4상 SRM의 구동 회로는 제2도(f)에 도시한 바와 같이 한쌍의 N-모스트랜지스터(M1,M2), (M3,M4), (M5,M6), (M7,M8)가 직렬 접속되고 제1 N-모스트랜지스터(M1), (M3), (M5), (M7)의 소오스와 제2 N-모스트랜지스터(M2), (M4), (M6), (M8)의 드레인 사이에 코일(4,5,6,8)이 연결되고, 제1N-모스트랜지스터(M1), (M3), (M5), (M7)의 소오스에 케소드가 접속되는 제1다이오드(D8, D10, D12, D14)가 있고, 제2N-모스트랜지스터(M2), (M4), (M6), (M8)의드레인에 애노드가 접속되고 캐소드가 전압 공급원(Vdc)에 접속되는 제2다이오드(D9, D11, D13, D15)가 있다.
제1N-모스트랜지스터(M1, M3, M5, M7)의 드레인도 전압 공급원(Vdc)에 접속 되어 있다. 한쌍의 N-모스트랜지스터(M1, M2)의 게이트에 하이레벨의 펄스폭 변조(PWM) 신호가 인가되면 N-모스트랜지스터(M1, M2)가 턴 온되어 코일(4)에 전류가 흐르게 된다.
일정 시간 경과 후에 N-모스트랜지스터(M1, M2)의 게이트에 로우 레벨의 펄스 폭 변조 신호가 인가되면 N-모스트랜지스터(M1, M2)는 턴 오프되어 제1 다이오드(D8), 코일(4) 및 제2 다이오드(D9)의 순으로 전류 방출 통로를 형성한다.
그러면, 코일(4)에 자기 에너지로 저장되었던 전류가 상기 전류 방출 통로를 통하여 흐르기 시작하여 코일(4)에 자기 에너지로 저장되었던 전류는 차츰 감소된다.
따라서, 자기 에너지는 전류 방출 통로를 통하여 전원 공급원(Vdc)의 양의 단자와 부의 단지 사이에 접속되어 있는 커패시터(C1)에 전기 에너지로 저장된다.
또한, 제동을 가하고자 할 때 역상 제동을 걸면 가해준 전류보다 더 많은 전류가 코일(4)에서 제1 및 제2 다이오드(D8), (D9)를 통하여 커패시터(C1)로 되돌아 오므로 커패시터(C1)에 걸리는 전압이 상승하게 된다.
따라서, 이것을 방지하기 위하여 커패시터(C1)와 병렬로 전압 공급원(Vdc)의 양의 단자와 부의 단자 사이에 직렬 접속의 저항(R4) 및 N-모스트랜지스터(M9)를 연결하였다.
커패시터(C1)에 많은 전압이 걸리면 N-모스트랜지스터(M9)의 게이트에 하이 레벨의 신호를 가하여 저항(R4)에 전압이 걸리도록 하였다.
제2도(h)는 제2도(f)의 각 부의 파형도로서, (가)는 위상(Q)에 따른 코일(4)의 인덕턴스의 변화도이고, (나)는 코일(4)에 흐르는 상 전류의 변화도이며, (다)는 한쌍의 N-모스트랜지스터(M1, M2)에 인가되는 상여자 신호의 파형도이다.
또한, (라)는 토오크(Torque)의 파형도이다.
제2도(g)는 종래의 4상의 SRM의 구동 회로의 다른 실시예의 회로도이다.
제2도(g)의 회로는 제2도(f)의 회로에서 제1 다이오드(D8, D10, D12, D14) 및 제1 N-모스트랜지스터(M1, M3, M5, M7)를 제거한 구성을 갖는다.
제1도(i)는 제2도(g)의 회로의 각 부의 파형도로서, (가)는 위상(Q)에 따른 코일(4)의 인덕턴스의 변화도이고, (나)는 코일(4)에 흐르는 상 전류의 변화도이며, (다)는 N-모스트랜지스터(M2)에 인가되는 상여자 신호의 파형도이다.
또한, (라)는 토오크의 파형도이다.
제2(g) 및 제2도(i)에서, 제2도(i)의 (가)와 같이 하이 레벨의 상여자 신호가 N-모스트랜지스터(M2)의 게이트에 인가되면 N-모스트랜지스터(M2)는 턴 온되어 코일(4)에 전류가 흐르기 시작하여 상여자 신호의 하이 레벨 기간 동안 점차 증가한다. 전류가 증가하다가 N-모스트랜지스트(M2)의 게이트에 로우 레벨의 상여자 신호가 인가되면 N-모스트랜지스터(M2)는 턴 오프되고 코일(4)에 자기 에너지로 축적되었던 전류는 다이오드(D9)를 통해 폐루프를 순환하게 된다.
따라서, 코일(4)에 흐르는 전류는 N-모스트랜지스터(M2)의 턴온,오프 상태에 따라 제2도(i)의 (나)와 같이 변하게 된다.
그러나, N-모스트랜지스터(M2)가 턴 오프 상태에 있을 때 코일(4) 및 다이오드(D9)에 의한 폐루프는 코일(4)에 자기 에너지로 저장되었던 전류가 순환하므로 전류의 감소가 빨리 이루어지지 못하여 인덕턴스가 감소하는 구간에서도 상당히 높은 전류가 계속 폐루프를 순환하기 때문에 SRM에 제동이 걸려 반대 방향의 힘이 생겨 제2도(i)의 (라)와 같은 부의 토오크가 발생한다.
그러나, 제2도(f)의 회로는 운전시 효율은 좋으나 제동시 커패시터의 전압 상승을 초래하므로 과전압 보호 회로가 필요하며, 제2도(g)의 회로는 제동시 커패시터의 전압을 상승시킬 염려는 없으나 운전시 효율이 나쁘고 속도도 올라가지 못하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로 코일에 저장되었던 자기 에너지를 여러 에너지 변환 과정을 거쳐 전원 공급원의 양의 단자와 부의 단자 사이에 있는 커패시터에 공급하여 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 한 SRM의 구동 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 제동시에 전압 공급원의 양의 단자와 부의 단자 사이에 있는 커패시터에 과전압이 걸리는 것을 방지하는 SRM의 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 역상 제동 효과를 얻을 수 있는 SRM의 구동 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 아직 다른 목적은 토오크 리플이 가장 적도록 전류의 모양을 만들어 주는 SRM의 구동회로를 제공하는 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 SRM의 구동 회로의 동작을 상세하게 서술한다.
제3도는 SRM의 구동 회로의 일실시예의 회로도이다.
제3도에 도시한 SRM의 구동 회로는 상여자 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 행하는 제1스위칭부(14)의 동작에 따라 자속을 발생시키는 자속 발생부(13), 상기 자속 발생부(13)에 흐르는 여자 전류를 일방향으로 전달하는 다이오드 어레이부(15), 상기 다이오드 어레이부(15)를 통과한 여자 전류를 에너지로 축적하는 제1 에너지 저장부(16), 상기 제1 에너지 저장부(16)에 축적된 전기 에너지를 받아 이를 자기 에너지로 전환하는 에너지 전환부(17), 상기 에너지 전환부(17)의 동작을 제어하는 제2스위칭부(18), 상기 에너지 전환부(17)의 출력을 전기 에너지로 저장하는 제2 에너지 저장부(19)로 구성된다.
상기 자속 발생부(13)는 자속을 발생시켜 SRM의 회전자(제1도:7)를 회전시키며 서로 병렬로 연결된 다수의 코일(9,10,11)로 구성된다.
3상 SRM인 경우 3개의 코일(9.10.11)을 통과한 상여자 전류를 상여자 신호의 제어에 의해 단속시키는 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)로 구성되며, 상기 다이오드 어레이부(15)는 한단이 상기 코일(9,10,11)에 각각 연결된 다이오드(D16, D17, D18)로 구성된다.
또한, 제1 에너지 저장부(16)는 콘덴서(C2)를 포함하며 에너지 전환부(17)는 유도 결합 회로(17a)와 다이오드(17b)를 포함한다.
제2스위칭부(18)는 트랜지스터(Q4)를 포함한다.
제3도를 참조하여 설명하면, 전압 공급원(Vdc)이 인가된 상태에서 제1상여자 신호(Sa)가 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되어 트랜지스터(Q1)가 턴온되면 코일(9)에 전류가 흘러 자속을 발생시킨다.
상기 트랜지스터(Q1)에 제1상여자 신호(Sa)의 공급을 중단하여 트랜지스터(Q1)를 오프시키고 제2상여자 신호(Sb)를 상기 트랜지스터(Q2)의 베이스에 인가시켜 트랜지스터(Q2)를 온 시키면 상기 코일(9)에 자기 에너지로 축적 되었던 여자 전류가 상기 다이오드(D16)를 통해 제1에너지 저장부(16)인 콘덴서(C2)에 전기 에너지로 축적됨과 아울러 상기 코일(10)에 전류가 흘러 자속이 방생된다.
상기한 동작이 행해지는 동안 제2스위칭부(18)인 트랜지스터(Q4)의 베이스에 임의의 주파수를 갖는 신호가 인가되면 상기 트랜지스터(Q4)는 일정 주파수에 따라 온,오프를 반복하게 됨으로써 제1에너지 저장부(16)인 상기 콘덴서(C2)에 충전된 에너지의 일부분이 상기 트랜지스터(Q4)가 온되는 상태 동안 상기 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)으로 이동되면서 그의 일측단에 접속되어 있는 다이오드(17b)를 통해 제2 에너지 저장부(19)인 상기 콘덴서(C1)에 전기 에너지로 축적된다.
또한 트랜지스터(Q2)에 제2상여자 신호(Sb)의 공급을 중단하여 상기 트랜지스터(Q2)를 오프시키고 제3상여자 신호(Sc)를 상기 트랜지스터(Q3)의 베이스에 인가시켜 트랜지스터(Q3)를 온 시키면 상기 코일(10)에 자기 에너지로 축적되었던 여자 전류가 상기 다이오드(D17)를 통해 상기 콘덴서(C2)에 전기 에너지로 축적됨과 동시에 상기코일(11)에 전류가 흘러 자속을 발생시킨다.
상기 제2상여자 신호(Sb)의 공급 중단에 의해 상기 코일(9)의 상여자 전류를 전기 에너지로 축적하는 상기 콘덴서(C2)의 축적 에너지는 상기 콘덴서(C1)에 되돌리는 동작과 마찬가지로 상기 권선(10,11)에 흐르는 상여자 전류도 콘덴서(C1)에 전기 에너지를 축적된다.
이때 상기 콘덴서(C2)에 충전된 전압은 코일(9,10,11)에 흐르는 전류와 SRM의 회전수에 따라 달라지게 된다.
제4도는 본 발명에 따른 SRM의 구동 회로의 다른 실시예를 보인 것이다.
제4도의 회로는 제3도의 회로에 비하여 자속 발생부(13)에 코일(12), 제1스위칭부(14)에 트랜지스터(Q5) 및, 다이오드 어레이부(15)에서 다이도드(D19)를 더 포함하고 있다.
이는 제3도의 회로는 3상 SRM에 대한 것이고, 제4도의 회로는 4상 SRM에 대한 것이기 때문이다.
제4도의 회로의 동작은 제3도의 회로의 동작과 동일하므로 여기에서 서술하지 아니할 것이다.
제5도(a)는 제2스위칭부(18)인 트랜지스터(Q4)의 온.오프 동작에 따른 유도결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)의 변화를 나타낸 것이고, 제5도(b)는 제1에너지 저장부(16)인 콘덴서(C2)의 전압에 따른 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)와 2차 권선(Ns)에 흐르는 전류(i2)의 변화를 보인 것이다.
제5도(a)를 보면, 상기 트랜지스터(Q4)의 온 기간 동안에 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)는 기울기를 가지고 증가하다가 상기 트랜지스터(Q4)가 오프되면 상기 트랜지스터(Q4)의 온 기간 동안 1차 권선(Np)로 부터 자기 에너지로 유도 받은 2차권선(Ns)의 전류(i1)는 다이오드(17b)를 통하여 제1 에너지 저장부(19)인 콘덴서(C1)로 빠져나간 다는 것을 알수 있다.
그리고, 제5도(b)에서 알수 있는 바와 같이 콘덴서(C2)의 전압이 높을수록 권선 전류(i1), (i2)가 많음을 알수 있다.
제6도는 본 발명에 따른 SRM의 구동 회로의 또 다른 실시예의 회로도이다.
제6도에 도시한 SRM의 구동 회로는 상여자 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 행하는 제1 스위칭부(14), 상기 제1 스위칭부(14)의 동작에 따라 자속을 발생시키는 자속 발생부(13), 자속 발생부(13)에 흐르는 여자 전류를 일방향으로 전달하는 다이오드 어레이부(15), 상기 다이오드 어레이부(15)를 통과한 여자 전류를 전기적 에너지로 축적하는 제1 에너지 저장부(16), 상기 제1 에너지 저장부(16)에 축적된 전기 에너지를 받아 이를 자기에너지로 전환하는 에너지 전환부(17), 상기 에너지 전환부(17)의 동작을 제어하는 제2스위칭부(18), 상기 에너지 전환부(17)의 출력을 전기 에너지로 저장하는 제2 에너지 저장부(19), 제2 스위칭 동작을 제어하는 주파수 변환부(20)로 구성된다.
제1 스위칭부(14)는 네 개의 N-모스트랜지스터(M9, M10, M11, M12)로 구성되고 자속 발생부(13)는 네 개의 코일(9,10,11,12)로 이루어지며, 다이오드 어레이부(15)는 네 개의 다이오드(D16, D17, D18, D19)를 포함한다.
또한 제1 에너지 저장부(16)는 콘덴서(C2)를 포함하며, 에너지 절환부(17)는 유도 결합 회로(17a)와 다이오드(17b)를 포함한다.
제2 스위칭부(18)는 N-모스트랜지스터(M13)를 포함한다.
제7도는 제6도의 주파수 변환부(20)를 상세히 도시한 것이다.
제7도(a)에 도시된 바와 같이 주파수 변환부(20)는 한 입력으로 제어 신호를 받고 타입력으로 제동 신호를 받아 이들을 논리합하여 그 결과치를 발생하는 OR 게이트(21)로 구성된다.
제7도(b)는 주파수 변환부(20)의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
거기에서, 주파수 변환부(20)는 N-모스트랜지스터(M13)의 소오스(또는 드레인)에 흐르는 전류를 받아 이를 기준 신호와 비교하는 비교기(22)와, 비교기(22)의 출력을 한입력으로 받고 제동 신호를 타 입력으로 받아 이들에 대한 논리곱 동작을 하여 그결과치를 발생하는AND 게이트(23)와, AND 게이트(23)의 출력을 한 입력으로 받고 제어 신호를 타 입력으로 받아 이들에 대한 논리합 동작을 하여 그 결과치를 발생하는 OR 게이트(24)로 구성된다.
제6도에서, 주파수 변환부(20)의 출력에 따라 제2 스위칭부(18)인 N-모스트랜지스터(M13)가 스위칭 동작을 하면, 그 스위칭 동작에 따라 제1 에너지 저장부(16)인 콘덴서(C2)에 저장되었돈 에너지의 일부가 에너지 전환부(17)를 통하여 제2 에너지 저장부(19)인 콘덴서(C1)에 축적된다.
즉, 제7도(a)의 OR 게이트(21)의 한 입력으로 작용하는 제동 신호가 로우레벨 기간 동안에는 OR 게이트(21)의 타 입력으로 작용하는 제어 신호에 따라 OR 게이트(21)의 출력이 결정된다.
제어 신호가 하이 레벨이면 OR 게이트(21)의 출력도 하이 레벨이어서 N-모스트랜지스터(M13)는 턴 온 된다.
상기 N-모스트랜지스터(M13)가 온 되는 기간 동안 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)으로 콘덴서(C2)의 일부 에너지가 이동된다.
한편, 제어신호가 로우 레벨이면 OR 게이트(21)의 출력도 로우 레벨이어서 N-모스트랜지스터(M13)는 턴 오프 된다.
상기 N-모스트랜지스터(M13)가 오프되는 기간 1차 권선(Np)으로 부터 2차 권선(Ns)으로 유도 되었던 자기 에너지가 다이오드(17b)를 통하여 콘덴서(C1)에 전기 에너지로 저장된다.
이때, OR 게이트(21)의 한입력으로 작용하는 제동 신호가 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이 되면 OR 게이트(21)의 출력도 OR 게이트(21)의 타 입력으로 작용하는 제어 신호에 상관없이 하이 레벨로 된다.
따라서, N-모스트랜지스터(M13)는 계속하여 온 상태로 유지하게 된다.
콘덴서(C2)에 저장되었던 에너지가 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np), N-모스트랜지스터(M13) 및 각상의 코일(9,10,11,12)를 이루어지는 폐루프로 방전하게 되고 이 방전되는 에너지는 각 상의 코일(9,10,11,12)에 자기 에너지로 축적된다.
결과적으로, 인덕턴스가 감소하는 구간에 까지 각 상의 코일(9,10,11,12)에 상당히 높은 전류가 흐르게 되어 제동이 걸린다.
따라서, 제동을 걸고자 할 때는 그 제동 시점에서 하이 레벨의 제동 신호를 가해 주면 된다.
제7도(b)의 주파수 변환부는 N-모스트랜지스터(M13)에 허용 이상의 전류가 흐를 때 과전압에 의해 소자가 파괴될수 있으므로 상기 전류를 검출하여 N-모스트랜지스터(M13)를 제어하도록 되어 있다.
제8도는 제6도의 회로의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도로서 (A)는 유도 결합회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)의 변화를 나타낸 것이고 (B)는 2차 권선(Ns)에 흐르는 전류(i2)의 변화를, (C)는 콘덴서(C2)에 걸리는 전압의 변화를, (D)는 제어 신호의 파형을, (E)는 제동 신호의 파형을 나타낸 것이고, (F)는 OR 게이트(21)의 출력신호 파형을 나타낸 것이다.
제동 신호가 로우 레벨이고 제어 신호가 하이 레벨인 기간동안 유도결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)는 계속 증가하다가 제어 신호가 로우 레벨로 변하면 1차 권선(Np)의 자기 에너지가 2차 권선(Ns)으로 유도되어 다이오드(17b)를 통하여 방출되므로 2차 권선(Ns)에 흐르는 전류는 감소한다.
이때, 하이 레벨의 제동 신호가 인가되면, 1차 권선(Np)에 흐르는 전류(i1)는 계속 증가하다가 정상 상태가 되어 일정하게 유지되어 흐르면 2차 권선(Ns)에 유도되지 않으므로 거기에는 전류가 흐르지 않는다.
SRM에 제동을 걸기 위하여 제동 시점에서 하이 레벨의 제동 신호를 인가하였으나 이런 경우 유도 결합 회로(17a)의 1차 권선(Np)에 흐르는 전류가 상당한 양까지 높아 질수도 있다.
따라서, 이것을 방지하기 위하여 본 발명에서는 제동 시점에서 제어 신호의 주파수를 서서히 낮추거나, 듀티(duty)를 크게 하는 방법, 또는 제7도(b)에서와 같이 N-모스트랜지스터(M13)의 전류를 이용하여 N-모트랜지스터(M13)를 제어하는 방법을 다른 실시예로 취할수도 있다.
제9도는 본 발명에 따른 SRM의 구동 회로의 아직 다른 실시예의 회로도이다.
제9도의 도시한 SRM의 구동 회로는 상여자 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 행하는 제1 스위칭부(14), 상기 제1 스위칭부(14)의 제어에 따라 자속을 발생시키는 자속 발생부(13), 자속 발생부(13)에 흐르는 여자 전류를 일방향으로 전달하는 다이오드 어레이부(15), 상기 다이오드 어레이부(15)를 통과한 여자 전류를 전기 에너지로 축적하는 제1 에너지 저장부(16), 상기 제1 에너지 저장부(16)에 축적된 전기 에너지를 받아 이를 자기 에너지로 전환하는 에너지 전환부(17), 상기 에너지 전환부(17)의 동작을 제어하는 제2 스위칭부(18), 상기 에너지 전환부(17)의 출력을 전기 에너지로 저장하는 제2 에너지 저장부(19), 상여자 신호를 받아 스위칭 신호를 발생하는 제어부(25)와, 제어부(25)에서 출력된 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작을 행하는 제3스위칭부(26)와, 제3스위칭부(26)의 동작시 제1 에너지 저장부(16)의 에너지 역류를 방지하기 위한 역류 방지부(27)로 구성된다.
제1 스위칭부(14)는 N-모스트랜지스터(M9, M10, M11, M12)로 구성되고 자속 발생부(13)는 코일(9,10,11,12)로 이루어지며, 다이오드 어레이부(15)는 다이오드(D16, D17, D18, D19)로 구성된다.
제1 에너지 저장부(16)는 콘덴서(C2)를 포함하며, 에너지 전환부(17)는 유도 결합 회로(17a)와 다이오드(17b)를 포함한다.
또한, 제2 스위칭부(18)는 N-모스트랜지스터(M13)를 포함하고, 제2 에너지 저장부(19)는 콘덴서(C1)로 이루어지고 제3 스위칭부(26)는 N-모스트랜지스터(M14)를 포함하며, 역류 방지부(27)는 다이오드(D20)를 포함한다.
제10도는 제9도의 제어부(25)를 상세히 도시한 것이다.
제어부(25)는 각 상의 여자 신호를 받아 그의 하강 에즈를 검출하여 하강 에즈시 소정의 폭(tw)을 갖는 신호를 발생하는 상여자 신호의 하강 에즈 검출부(28)와, 상여자 신호의 하강 에즈 검출부(28)의 출력을 받아 논리합 동작을 행하는 OR 게이트(29)와, OR 게이트(29)의 출력을 레벨 업(level up)시키는 레벨 천이부(30)와, 아주 짧은 폭을 갖는 펄스 폭 변조(PWM)신호를 발생하는 PWM 신호 발생부(31)와, 레벨 천이부(30)의 출력과 PWM 신호 발생부(31)의 출력을 받아 이들에 대한 논리곱 동작을 행하는 AND 게이트(32)로 구성된다.
제11도는 제10도의 회로의 동작을 설명하기 위한 동작 타이밍도이다.
제11도에서 (A)는 제1 상여자 신호이고, (B)는 제2 상여자 신호, (C)는 제3 상여자 신호이며, (D)는 제4 상여자 신호이다.
제10도 및 제11도를 참조하여 설명하면, 제1 상여자 신호가 제어부(25)의 상여자 신호의 하강 에즈 검출부(28)에 인가되며, 상기 검출부(28)는 제11도(E)와 같은 신호를 발생하고, 제2 상여자 신호가 상기 검출부(28)에 인가되면 그는 제11도(F)와 같은 신호를 발생한다.
이런식으로 제3 및 4 상여자 신호가 상기 검출부(28)에 인가되면 그는 제11도(G) 및 제11도(H)와 같은 신호를 순차적으로 발생한다.
제11도(E)-(H)의 신호는 소정의 폭(tw)를 갖는다.
따라서, 상기 검출부(28)의 출력을 받은 OR 게이트(29)는 제11도(I)와 같은 출력을 발생한다.
OR 게이트(29)의 출력은 레벨 천이부(30)에 의하여 레벨 업 되어 AND 게이트(32)의 한 입력에 인가된다.
상기 레벨 천이부(30)는 포토 커플러, 펄스 트랜스포머, 또는 레벨 쉬프터일 수 있다.
PWM 신호 발생부(31)는 OR 게이트(29)의 출력 신호의 폭(tw)보다 훨씬 작은 폭을 갖는 PWM 신호를 발생하여 AND 게이트(32)의 타 입력에 공급한다.
AND 게이트(32)는 레벨 천이부(30)의 출력과 PWM 신호 발생부(31)의 출력을 받아 이들에 대한 논리곱 동작을 행하여 제11도(J)와 같은 신호를 출력한다.
상기 AND 게이트(32)의 출력은 제3 스위칭부(26)의 입력으로 작용한다.
제9도의 회로의 동작을 설명하면 다음과 같다.
제11도(A)와 같이 하이 레벨의 제1 상여자 신호를 N-모스트랜지스터(MS)에 인가시키면 N-모스트랜지스터(M9)는 턴 온 되고 이에 따라 코일(9)에 전류가 흐르기 시작한다.
제1 상여자 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이 될 때 제11도(B)와 같은 하이 레벨의 제2 상여자 신호가 N-모스트랜지스터(M10)에 인가되어 N-모스트랜지스터(M10)가 턴 온 된다.
이때, 제1 상여자 신호에 의한 제어부(25)의 출력(Hg)이 제3 스위칭부(26)인 N-모스트랜지스터(M14)의 게이트에 인가된다.
제1 상여자 신호가 하이 레벨 기간동안 코일(9)에 자기 에너지로 저장되었던 전류가 다이오드(D16)를 통하여 제2 에너지 저장부(16)인 콘덴서(C2)에 전기 에너지로 축적됨과 아울러 코일(10)에 전류가 흐르기 시작한다.
이 상태에서, N-모스트랜지스터(M14)D 인가되는 스위칭 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 또는 로우 레벨에서 하이 레벨로 변하게 되면 N-모수트랜지스터(M14)는 스위칭 신호에 따라 온.오프 동작을 하게 된다.
N-모스트랜지스터(M14)가 온 동작을 하는 동안에 코일(9)에 흐르는 전류는 다이오드(D10)를 통하여 폐루프로 계속 순환하게 되어 코일(9)에 흐르는 전류는 다이오드(D10)를 통하여 콘덴서(C2)에 저장되기 때문에 코일(9)의 전류는 빨리 감소된다.
만일 펄스 폭 변조 신호의 듀티(duty)가 크면 N-모스트랜지스터(M14)가 온 동작하는 기간이 길어지게 되어 코일(9)의 전류는 아주 천천히 감소되는 반면에, 펄스 폭 변조 신호의 듀티(duty)가 작으며 N-모스트랜지스터(M14)가 오프 동작하는 기간이 길어져 코일(9)의 전류는 빨리 감소된다.
따라서, 펄스폭 변조 신호의 듀티가 커질수록 코일(9)의 전류가 증가하는 시간이 빨라진다.
이는 코일(9)의 전류가 아주 천천히 감소되어 아주 상당한 전류가 남아 있기 때문이다.
제2 상여자 신호가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이 되고 하이 레벨의 제3 상여자 신호가 N-모스트랜지스터(M11)의 게이트에 인가 될 때도 상기 과정을 반복하게 된다.
이와 같이 순차적으로 계속하여 각 상의 여자 신호가 인가 될 때 마다 상기 과정을 되풀이 한다.
제12도는 펄스 폭 변조 신호의 듀티에 따른 각 상의 코일의 전류의 변화와 토오크의 파형을 나타낸 것이다.
제12도에서 (a)는 듀티가 거의 0% 일 때의 전류의 변화와 이에 대한 토오크의 파형을 나타낸 것이고 (b)는 듀티가 50% 정도 일 때, (c)는 듀티가 거의 100% 일 때의 전류의 변화와 이에 따른 토오크의 파형을 나타낸 것이다.
듀티가 0% 정도 일 때는 제3 스위칭부(26)가 존재하지 않을 때와 똑같은 전류 파형을 발생하고 듀티가 50% 정도 일 때 각 상의 코일의 전류는 구형파와 비슷한 모양이 되며, 듀티가 거의 100%에 가까울 때는 전류가 초반에 너무 빨리 증가하게 되어 오버 숏(over shoot) 현상이 나타나게 한다.
따라서, 듀티가 0% 정도 일 때에는 톱니 모양의 토오크 리플이 생기고 듀티가 50% 정도 일 때에는 거의 평탄한 토오크 리플이 생긴다.
그리고 듀티가 거의 100%에 가까울 때에는 기본 주파수의 2배에 해당하는 토오크 리플이 나타난다.
따라서 본 발명에 따르면, SRM의 구동회로는 1개의 제2 스위칭 소자를 추가하여 종래의 2개 상당의 스위치 소자의 사용한 것과 비슷한 효과를 얻을 수 있어 가격의 절감과 회로의 소형화 할수 있고, 제동시에 전압 공급원의 양 단자 사이에있는 콘덴서의 전압 상승을 방지하고, 또한 스위칭 소자의 파손을 예방할 수 있다.
더욱이, 세탁기 모터로서 탈수 행정 급정거를 할필요가 있을 때 역상 제동을 걸어 주면 이를 달성 할수 있으며, 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 조절하여 시스템에 적당한 전류 파형을 만들어 줌으로써 모터의 소음.진동을 경감시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (28)

  1. 소정의 전기 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 행하는 제1스위칭부(14)와, 상기 제1스위칭부(14)의 동작에 따라 자속을 발생 시키는 자속 발생부(13)와, 자속 발생부(13)에 흐르는 여자 전류를 일방향으로 전달하는 다이오드 어레이부(15)와, 상기 다이오드 어레이부(15)를 통과한 여자 전류를 전기 에너지로 축적하는 제1에너지 저장부(16)와, 상기 제1에너지 저장부(16)에 축적된 전기 에너지를 받아 이를 자기 에너지로 전환하는 에너지 전환부(17)와, 상기 에너지 전환부(17)의 동작을 제어하는 제2스위칭부(18)와, 상기 에너지 전환부(17)의 출력을 전기 에너지로 저장하는 제2에너지 저장부(19)로 구성되는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1스위칭부(14)는 다수의 스위칭 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 트랜지스터 또는 모스트랜지스터임을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자속 발생부(13)는 다수의 코일로 구성됨을 특징을 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다이오드 어레이부(15)는 다수의 다이오드로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  6. 제2항, 제4항,제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1스위칭부(14)의 스위칭 소자, 상기 자속 발생부(13)의 코일 및 상기 다이오드 어레이부(15)의 다이오드의 수는 3상일 때 3개이고 4상일 때 4개인 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1에너지 저장부(16)는 콘덴서(C2)로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 에너지 전환부(17)는 유도 결합 회로(17a)와 다이오드(17b)로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2스위칭부(18)는 하나의 스위칭 소자로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 트랜지스터 또는 모스트랜지스터임을 특징으로 하는 스위츠드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  11. 제7항, 제8항, 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 소자가 턴 온 될 때 콘덴서(C2)의 에너지 일부가 유도 결합회로(17a)의 1차 권선(Np)으로 부터 2차권선(Ns)으로 에너지가 유도되는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2에너지 저장부(19)는 콘덴서(C1)로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  13. 제1항에 있어서, 제2 스위칭부(18)의 스위칭 동작을 제어하는 주파수 변환부(20)를 더 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 주파수변환부(20)는 한 입력으로 제어 신호를 받고 타 입력으로 제동 신호를 받아 이들에 대한 논리 합 동작을 행하는 수단(21)으로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  15. 제13항에 있어서, 상기 주파수 변환부(20)는 제2 스위칭부(18)의 출력 전류를 검출하여 이를 기준 신호와 비교하는 비교기(22)와, 비교기(22)의 출력을 한 입력으로 받고 제동 신호를 타 입력으로 받아 이들에 논리곱 동작을 행하는 수단(23)과, 상기 논리곱 수단(23)의 출력을 한 입력으로 받고 제어 신호를 타 입력으로 받아 이들에 대한 논리합 동작을 행하는 수단(24)으로 구성됨을 특징으로하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 역상 제동을 걸고자 할 때 그 제동 시점에서 작동 신호를 하이 레벨로 만드는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  17. 제16항에 있어서, 역상 제동시 제동 시점에서 제어 신호의 주파수를 점차적으로 낮추는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  18. 제16항에 있어서, 역상 제동시 제동 시점에서 제어 신호의 듀티를 크게 하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  19. 제1항에 있어서, 상기 소정의 전기 신호를 받아 스위칭 신호를 발생하는 제어부(25)와, 제어부(25)에서 출력된 스위칭 신호에 따라 스위칭 동작을 행하는 제3스위칭부(26)와, 제3스위칭부(26)의 동작시 제1에너지 저장부(16)의 에너지 역류를 방지하기 위한 역류 방지부(27)를 더 포함하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어부(25)는 각상의 전기 신호를 받아 그의 하강 에즈를 검출하는 하강 에즈 검출부(28)와, 상기 하강 에즈 검출부(28)의 출력을 받아 논리합 동작을 행하는 수단(29)과, 논리 합 수단(29)의 출력을 레벨업 시키는 레벨 천이부(30)와, 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 펄스 폭 변조 신호 발생부(31), 상기 레벨 천이부(30)의 출력과 상기 펄스 폭 변조 신호 발생부(31)의 출력을 받아 이들에 대한 논리곱 동작을 행하는 수단(32)으로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  21. 제20항에 있어서, 상기 한강 에즈 검출부(28)는 각상의 전기 신호의 하강 에즈 시에 소정의 폭을 갖는 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 소정의 폭은 상기 펄스폭 변조 신호의 폭 보다 아주 큰 것임을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  23. 제20항에 있어서, 상기 레벨 천이부(30)가 포토 커플러, 펄스 트랜스 포머, 레벨 쉬프터등임을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  24. 제20항에 있어서, 상기 펄스 폭 변조 신호의 듀티를 조절하여 자속 발생부(13)에 흐르는 전류의 모양을 변화 시킬수 있는 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  25. 제24항에 있어서, 상기 듀티가 50% 정도일 때 전류의 모양이 거의 구형파에 가까운 것을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  26. 제19항에 있어서, 상기 역류 방지부(27)가 다이오드(D20)를 포함함을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  27. 제19항에 있어서, 상기 제3스위칭부(26)는 하나의 스위칭 소자로 구성됨을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
  28. 제27항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 트랜지스터 또는 모스트랜지스터임을 특징으로 하는 스위치드 릴럭턴스 모터의 구동 회로.
KR1019940000843A 1993-02-27 1994-01-18 스위치 드릴렉턴스 모터의 구동 회로 KR0132503B1 (ko)

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