KR0140716Y1 - 단상 브러시리스 직류모터 구동회로 - Google Patents

단상 브러시리스 직류모터 구동회로 Download PDF

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Abstract

이 고안은 클로즈드 루프(Closed Loop)방식으로 구현한 단상 브러시리스모터 구동회로에 관한 것이다. 종래의 수십 와트 이상의 직류모터의 경우에는 특별한 제어개념이 없이 오픈 루프(Open Loop)방식의 구성으로 이루어져 정밀한 모터속도의 제어가 어려운 문제점이 있다.
이 고안은 모터의 속도 및 전류를 비례적분(Proportional Integral)기를 구비하여, 전류 센싱용저항으로 모터구동 전류를 검출한 신호를 피드백하고, 홀IC의 모터 위치 검출신호에 따라 속도 보상을 행함으로써 정밀한 클로즈드 루프(Closed Loop) 제어가 가능한 단상 브러시리스 직류모터 구동회로를 제공한다.

Description

단상 브러시리스 직류모터 구동회로
제1도는 종래의 단상 브러시리스 직류모터 구동회로도이고,
제2도는 이 고안의 실시예에 따른 단상 브러시리스 직류모터 구동회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전원공급장치 20 : 스위칭부
30 : 발진회로부 40 : 비교기
50 : 논리버퍼부 60 : 속도비례적분기
70 : 전류 비례적분기 80 : 주파수 전압 변환기
HY : 모터위치 검출신호
이 고안은 브러시리스(Brushless) 직류모터의 구동회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직류모터의 속도 및 전류제어를 위하여 간단한 비례적분 제어기를 구비하여 클로즈드 루프(Closed Loop)방식으로 구현한 단상 브러시리스 모터 구동회로에 관한 것이다.
종래의 단상 브러시리스 직류모터는 수 화트(W) 미만의 소형의 경우에는 전용 드라이브 집적회로(Drive IC)를 사용하여 속도 제어를 하고 있다. 그러나 수십 와트 이상의 모터의 경우에는 특별한 제어 개념이 없이 단지 직류(DC) 입력전원을 가변시켜 속도제어를 하거나 단순히 듀티비(Duty rate)등의 조절로 모터의 입력전압을 가변하는 등 주로 오픈 루프(Open Loop)제어 방식의 구성으로 이루어진다.
이와 같은 단상 브러시리스 직류모터 구동회로의 일예를 제1도에 나타내었다.
제1도에 나타낸 바와 같이, 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)로부터 출력되는 직류전원을 모터(M)에 공급하는 스위칭부(20)와, 톱니파 펄스를 발생하는 발진회로부(30)와, 상기 발진회로부(30)에서 발생되는 톱니파 펄스신호와 소정레벨의 기준전압을 비교하여 모터 구동을 위한 펄스신호를 출력하는 비교기(40)와, 상기 비교기(40)의 출력 펄스신호와 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리버퍼부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2구동 트랜지스터(Q5), (Q6)로 구성된다. 도면부호 HA는 모터(M)에 직결된 샤프트(Shaft)에 부착되어 모터위치를 검출한 후 엔코더를 통하여 검출신호를 출력하는 홀IC(도시하지 않음)의 출력신호를 나타낸다.
이와 같이 구성된 종래의 브러시리스 직류모터 구동회로는, 콘덴서(C1), 2단의 와이어드 노아게이트(31), (32), 저항(R6-R8) 및 다이오드(D1)로 이루어진 발진회로부(30)로부터 모터 구동신호의 소스가 되는 톱니파 신호가 발생된다.
상기 발진회로부(30)로부터 출력된 톱니파신호와 전원을 분압한 소정레벨의 기준전압을 비교기(12)가 비교하여 소정폭을 갖는 구형파 신호를 출력한다. 이 구형파 신호는 홀IC의 출력신호에 따라 노아게이트(51), (52)로 이루어진 논리버퍼부(50)를 통해 하이 혹은 로우레벨의 모터구동신호가 출력된다. 이 신호의 펄스폭은 상기 비교기(40)의 반전입력단자(-)에 연결된 가변저항(R5)을 조정하여 기준전압의 레벨 조정으로 가능하다.
홀IC에서 검출된 모터의 위치를 검출신호에 따라 논리버퍼부(50)에서 출력되는 모터 구동신호에 의해 제1 및 제2트랜지스터(Q5), (Q6)가 교대로 턴온, 턴오프를 반복된다.
상기 제1트랜지스터(Q5)의 턴온 시간동안 스위칭부(20)의 트랜지스터(Q2), (Q3)가 턴온되어 전원공급부(10)로부터의 직류전원이 트랜지스터(Q3), 모터(M) 및 트랜지스터(Q2)를 통하여 인가되고, 이와 마찬가지로 상기 제2트랜지스터(Q6)의 턴온 시간 동안에는 스위칭부(20)의 트랜지스터(Q1), (Q4)가 턴온되어 전원공급부(10)로부터의 직류전원이 트랜지스터(Q1), 모터(M) 및 트랜지스터(Q4)를 통하여 인가됨으로써 모터(M)가 구동된다.
이와 같은 종래의 단상 브러시리스 직류모터 구동회로는 예를 들어 보일러의 강제 배기팬용등에 이용되는 수십와트 이상의 모터의 경우에는 정밀 속도제어에 어려움이 있다. 즉, 속도 제어신호의 펄스폭을 비교기(40)의 반전입력단자(-)에 연결된 가변저항(R5)을 조정하여 단순히 듀티비등의 조절만으로 모터의 속도를 제어함으로써 정밀 속도제어가 불가능한 문제점이 있다.
이 고안의 목적은 모터의 속도 및 전류를 간단하고 경제적인 비례적분(Proportional Integral)기를 구비하여 정밀한 클로즈드 루프(Closed Loop)제어가 가능한 단상 브러시리스 직류모터 구동회로를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 이 고안의 특징은, 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부와 상기 전원공급부로부터 출력되는 직류 전원을 모터에 공급하는 스위칭부와, 상기 전원공급부와 스위칭부 사이에 연결된 전류 센싱용 저항과, 모터 속도를 설정하는 속도 설정부와, 홀IC의 모터위치 검출신호를 전압레벨로 변환하는 주파수 전압 변환기와, 상기 속도 설정부 및 주파수 전압 변환기와 연결되어 모터 속도 보상을 위한 속도 비례적분기와, 상기 속도 비례적분기 및 상기 전류 센싱용 저항에 연결되어 전류 피드백 신호와 상기 속도 비례적분기의 에러와 비교하여 그 에러만큼 증폭하는 전류 비례적분기와, 상기 직류 비례적분기의 출력신호와 발진회로부에서 발생되는 톱니파 펄스신호를 비교하여 모터 구동을 위한 펄스신호를 출력하는 비교기와, 상기 비교기의 출력 펄스신호와 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직 신호를 번갈아 출력하는 래치부와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2구동트랜지스터로 구성되는 단상 브러시리스 직류모터 구동회로에 있다.
이하, 이 고안에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 이 고안에 따른 단상 브러시리스 직류모터 구동회로이다. 설명의 편의상 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다. 도면부호 HA는 홀IC(도시하지 않음)의 출력신호로서 모터위치 검출신호이다.
제2도에 나타낸 바와 같이, 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)로부터 출력되는 직류전원을 모터(M)에 공급하는 스위칭부(20)를 구비하고, 상기 전원공급부(10)와 스위칭부(20) 사이에 전류 센싱용 저항(R5)이 삽입되어 있다.
또한 이 고안은, 속도설정부와, 속도 비례적분기(60) 및 전류 비례적분기(70)가 차례로 연결되어 있으며, 톱니파 펄스를 발생하는 발진회로부(30)가 비반전입력단자(+)에 연결되고 상기 전류 비례적분기(70)의 출력단이 반전입력단자(-)에 연결된 비교기(40)와, 상기 비교기(40)의 출력 펄스신호와 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리버퍼부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2구동트랜지스터(Q5), (Q6)를 구비한다.
상기 구성에서, 속도 설정부는 전원전압(Vcc)을 분압하고 전위를 가변하여 모터속도를 설정할 수 있도록 속도 설정용 가변저항(R8)과, 저항(R7)로 이루어져있다. 상기 속도 설정부에 연결 구성된 속도 비례적분기(60)는 OP엠프(OP2)의 비반전입력단자(+)가 저항(R10)을 통해 접지되고, 반전입력단자(-)가 상기 저항(R7)에 연결됨과 동시에 콘덴서(C5), (C6) 및 저항(R14)을 통하여 상기 OP엠프(OP2)의 출력단자에 연결되어 있다.
또한, 상기 속도 비례적분기(60)에는 모터속도 보상을 위한 구성으로 홀IC 출력신호(HA)가 입력되는 주파수 전압변환기(80) 및 상기 주파수 전압변환기(80)의 출력신호를 증폭하는 증폭기(OP1)가 상기 OP엠프(OP2)의 반전입력단자(-)에 차례로 연결되어 있다.
그리고 상기 속도 비례적분기(60) 출력단에 입력단이 연결된 전류 비례적분기(70)는, 비반전입력단자(+)가 저항(R11)을 통하여 접지된 OP엠프(OP3)와, 상기 OP엠프(OP3)의 반전입력단자(-)와 속도 비례적분기(60)의 OP엠프(OP2)의 출력단자 사이에 연결된 저항(R12)과, 반전입력단자(-)와 상기 OP엠프(OP3)의 출력단자 사이에 직렬 연결된 콘덴서(C7) 및 저항(R13)으로 구성된다. 또한, 상기 OP엠프(OP3)의 반전입력단자(-)는 저항(R6)을 통해 이미 언급한 전류 센싱용 저항(R5)의 일측단자에 연결되어 있다.
이와 같이 구성된 이 고안은 모터(M)의 속도 및 전류를 비교적 간단한 속도 및 비례적분기(60), (70)를 구비하여 정밀한 클로즈드 루프(Closed Loop)제어가 가능하게 된다.
즉, 속도설정부의 속도설정 가변저항(R8)을 적절히 조정하여 모터(M)의 초기속도를 설정하여 모터 구동을 시작하면, 속도 비례적분기(60) 및 전류 비례적분기(70)를 거친 신호가 상기 발진회로부(30)로부터 출력된 톱니파신호가 비교기(OP4)에서 비교되어 소정폭을 갖는 구형파 신호를 출력한다. 이 구형파 신호는 홀IC 출력신호(HA)에 따라 노아 게이트로 이루어진 논리버퍼부(50)를 통해 하이 혹은 로우레벨의 모터구동신호가 출력된다. 홀IC에서 검출된 모터 위치 검출신호(HA)에 따라 논리버퍼부(50)에서 출력되는 모터 구동신호에 의해 제1 및 제2트랜지스터(Q5), (Q6)가 교대로 턴온, 턴오프를 반복된다. 상기 제1트랜지스터(Q5)의 턴온 시간동안 스위칭부(20)의 트랜지스터(Q2), (Q3)가 턴온되어 전원공급부(10)로부터의 직류전원이 트랜지스터(Q3), 모터(M) 및 트랜지스터(Q2)를 통하여 인가되고, 이와 마찬가지로 상기 제2 트랜지스터(Q6)의 턴온 시간동안에는 스위칭부(20)의 트랜지스터(Q1), (Q4)가 턴온되어 전원공급부(10)로 부터의 직류전원이 트랜지스터(Q1), 모터(M) 및 트랜지스터(Q4)를 통하여 인가됨으로써 모터(M)가 구동된다.
여기서 이 고안의 속도 및 전류 피드백 신호에 따른 클로즈드 루프 제어는 다음과 같이 행하여진다. 모터속도 설정후, 설정신호는 속도 비례적분기(60) 및 전류 비례적분기(70)를 거쳐 발진회로부(30)의 톱니파 신호와 비교기(OP4)에서 비교된 후 출력되는 소정펄스폭을 갖는 모터 구동신호에 따라 모터(M)는 구동되고, 홀IC의 출력신호(HA)가 주파수 전압 변환기(80)에서 전압으로 변환되어 속도 비례적분기(60)에 입력되어 그 에러만큼 전류 비례적분기(70)에 전달되며 전류 비례적분기(70)에서는 전류 피드백과 속도 비례적분(60)의 에러와 비교하여 그 에러만큼 증폭하여 모터(M)의 토크를 가속 또는 감속하여 처음 설정된 속도에 도달할 때까지 반복하여 정확한 모터 속도를 제어한다.
상술한 바와 같이 이 고안에 따르면, 속도 및 전류 비례적분기를 사용한 클로즈드 루프제어를 통해 수십 와트 이상의 단상 브러시리스 직류모터의 경우에도 정밀한 속도제어가 가능하다.

Claims (1)

  1. 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부(10)와; 상기 전원공급부(10)로부터 출력되는 직류 전원을 모터(M)에 공급하는 스위칭부(20)와; 상기 전원공급부(10)와 스위칭부(20) 사이에 연결된 전류 센싱용 저항(R5)과; 모터 속도를 설정하는 속도 설정부와; 홀IC의 모터위치 검출신호(HA)를 전압레벨로 변환하는 주파수 전압 변환기(80)와; 상기 속도 설정부 및 주파수 전압 변환기(80)와 연결되어 모터 속도 보상을 위하여, 비반전 입력단자(+)가 저항(R10)을 통해 접지된 OP엠프(OP2)와, 상기 OP엠프(OP2)의 반전입력단자(-)와 출력단자 사이에 연결된 콘덴서(C5), (C6) 및 저항(R14)으로 구성된 속도 비례적분기(60)와; 상기 속도 비례적분기 (60) 및 상기 전류 센싱용 저항(R5)에 연결되어 전류 피드백 신호와 상기 속도 비례적분기(60)의 에러와 비교하여 그 에러만큼 증폭하기 위하여, 비반전 입력단자(+)가 저항(R11)을 통하여 접지된 OP엠프(OP3)와, 상기 OP엠프(OP3)의 반전입력단자(-)와 상기 속도 비례적분기(60)의 OP엠프(OP2)의 출력단자 사이에 연결된 저항(R12)과, 반전입력단자(-)와 상기 OP엠프(OP3)의 출력단자 사이에 직렬 연결된 콘덴서(C7) 및 저항(R13)으로 구성된 전류 비례적분기(70)와; 상기 전류 비례적분기(70)의 출력신호와 발진회로부(30)에서 발생되는 톱니파 펄스신호를 비교하여 모터 구동을 위한 펄스신호를 출력하는 비교기(OP4)와; 상기 비교기(OP4)의 출력 펄스신호와 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직 신호를 번갈아 출력하는 논리버퍼부(50)와; 그리고, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2구동 트랜지스터(Q5), (Q6)로 구성되는 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류모터 구동회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101366772B1 (ko) * 2012-09-24 2014-02-26 삼성전기주식회사 모터 구동 장치 및 모터 제어 방법

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