KR0172221B1 - 단상 브러시리스 직류모터 구동회로 - Google Patents

단상 브러시리스 직류모터 구동회로 Download PDF

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Abstract

이 발명은 펄스진폭 변조(PAM) 제어방식 단상 브러시리스 직류모터 구동회로에 관한 것이다. 종래의 단상 브러시리스 직류모터는 수십와트 이상의 경우에는 모터속도, 전류제한 및 과전압보호등에 대한 특별한 제어개념이 없어, 이 발명은 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)로부터 제공되는 전원의 전압레벨을 조절하는 펄스진폭변조부(50)와, 상기 펄스진폭 변조부(50)로부터 출력되는 직류전원을 모터(M)에 공급하는 스위칭부(20)와, 상기 스위칭부(20)의 후단에 연결된 전류 센싱용 저항(R5)과, 전원전압(Vcc)을 소정레벨 디바이더하는 전류제한부(70)가 반전입력단자(-)에 연결되고 상기 전류검출저항(R5)를 통해 검출된 전류를 증폭하는 전류검출부(60)가 비반전입력단자(+)에 연결된 비교기(OP1)와, 상기 비교기(OP1)의 출력신호에 따라 상기 펄스진폭변조부(50)에 모터속도 지령신호를 출력하는 속도지령부(80)와, 상기 속도 지령부(80)에 모터 구동신호의 소스가 되는 톱니파 신호를 출력하는 발진회로부(30)와, 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호(HA)에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2 구동 트랜지스터(Q5)(Q6)로 구성함으로써 수십 와트 이상의 단상 브러시리스 직류모터의 경우에도 전류제한 기능, 과전압보호 기능 및 정밀한 모터 속도제어가 가능하다.

Description

단상 브러시리스 직류모터 구동회로
제1도는 종래의 단상 브러시리스 직류모터 구동회로도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 단상 브러시리스 직류모터 구동회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전원공급부 20 : 스위칭부
30 : 발진회로부 40 : 논리부
50 : 펄스진폭변조부 60 : 전류 검출부
70 : 전류제한부 80 : 속도 지령부
Q5, Q6 : 제1 및 제2구동 트랜지시터 R5 : 전류 검출저항
Q7 : 초퍼 트랜지스터
이 발명은 브러시리스(Brushless) 직류모터의 구동회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전류 제한 및 과전압 보호회로가 구비된 펄스진폭변조(PAM) 제어방식 단상 브러시리스 직류모터 구동회로에 관한 것이다.
종래의 단상 브러시리스 직류모터는 수 화트(W) 미만의 소형의 경우에는 모터속도 제어 및 과전류(과전압) 보호회로 등이 내장되어 있는 전용 드라이브 집적회로(Drive IC)가 있어 부하 단락등에 의한 과전류 또는 과전압에 대한 모터 파손을 방지하고 있다. 그러나 수십 와트 이상의 모터의 경우에는 전용구동IC가 특별히 없기 때문에 모터에 대한 특별한 제어개념이 없고 단지 직류(DC) 입력전원을 가변시키거나 단순시 듀티비(Duty rate)등의 조절로 모터의 입력전압을 가변시킴으로써 속도제어를 하고 있다. 또한 과전압에 대한 모터보호 회로가 요구되고 있다.
이와같은 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 모터구동을 위한 펄스신호를 출력하는 비교기(40)와, 상기 비교기(40)의 출력 펄스신호와 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 래치부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2 구동트랜지스터(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 모터위치 검출신호를 나타낸다.
이와같이 구성된 종래의 브러시리스 직류모터 구동회로는, 컨덴서(CI), 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(40)가 비교하여 소정폭을 갖는 구형파 신호를 출력한다. 이 구형파 신호는 홀IC의 모터위치 검출신호(HA)에 따라 노아 게이트(51), (52)로 이루어진 래치부(50)를 통해 하이 혹은 로우레벨의 모터 구동신호가 출력된다. 이 모터 구동신호의 펄스폭은 상기 비교기(40)의 반전입력단자(-)에 연결된 가변저항(R5)을 조정하여 기준전압의 레벨 조정으로 가능하다.
홀IC의 모터위치 검출신호(HA)에 따라 래치부(50)에서 출력되는 모터 구동신호에 의해 제1 및 제2트랜지스터(Q5), (Q6)가 교대로 턴온, 턴오프를 반복한다.
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.
이와같은 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. 또한, 부하단락 등의 경우로 과전압이 발생했을 경우 이에 대한 특별한 대비책이 없이 모터 보호에 어려움이 있다.
이 발명의 목적은 전류제한 및 과전압 보호회로를 구비하고 PAM(Pulse Amplitude Modulation) 제어가 가능한 단상 브러시리스 직류모터 구동회로를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 특징은, 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부와, 상기 전원공급부로부터 제공되는 전원의 전압레벨을 조절하는 펄스진폭 변조부와, 상기 펄스진폭 변조부로부터 출력되는 직류 전원을 모터에 공급하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 후단에 연결된 전류 센싱용 저항과, 전원전압을 소정레벨 디바이더하는 전류 제한부가 반전입력 단자에 연결되고 상기 전류검출 저항를 통해 검출된 전류를 증폭하는 전류검출부가 비반전입력단자(+)에 연결된 비교기와, 상기 비교기의 출력신호에 따라 상기 펄스진폭변조부에 모터속도 지령신호를 출력하는 속도지령부와, 상기 속도지령부로 모터 구동신호의 소스가 되는 톱니파 신호를 출력하는 발진회로부와, 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리부와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2 구동 트랜지스터로 구성된 단상 브러시리스 직류모터 구동회로에 있다.
이하, 이 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제2도는 이 발명에 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 스위칭부(20)를 통하여 전원공급부(10)로부터 제공되는 전원의 전압레벨을 조절하는 펄스진폭변조부(50)(이하 PAM부라 한다)가 상기 전원공급부(10)와 상기 스위칭부(20) 사이에 삽입되어 있다.
또한, 전원전압(Vcc)을 소정레벨 디바이더하는 분압저항(R9)(R10) 및 콘덴서(C3)으로 이루어진 전류 제한부(70)가 반전입력단자(-)에 연결되고, PAM부(50)의 전류검출저항(R5)의 일측단자에 연결된 OP엠프(OP3)가 비반전입력단자(+)에 연결된 비교기(OP1)와, 비교기(OP1)의 출력신호에 따라 상기 PAM부(50)에 모터속도 지령신호를 출력하는 속도지령부(80)와, 상기 속도지령부(80)에 모터 구동신호의 소스가 되는 톱니파 신호를 인가하는 콘덴서(C4), 2단의 와이어드 노아게이트, 저항(R15-R17) 및 다이오드(D2)로 이루어진 발진회로부(30)와, 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호(HA)에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)이 스위칭 트랜지스터(Q1-Q4)를 구동하는 제1 및 제2 구동 트랜지스터(Q5), (Q6)를 구비한다.
상기 구성에서, PAM부(50)는 PAM제어 구성으로서 전원공급부(10)의 출력단에 연결된 초퍼 트랜지스터(Q7), 상기 초퍼 트랜지스터(Q7)의 온오프를 제어하는 트랜지스터(Q9)를 구비한다. 상기 초포 트랜지스터(Q7)의 콜렉터 및 베이스 사이에는 초기 구동용 저항(R6)이 연결되어 있다. 그리고 과전압 보호회로 구성으로서, 상기 초퍼 트랜지스터(Q7)에 연결된 다이오드(D1), 트랜지스터(Q8), 저항(R7)(R8)을 구비한다. 또한, 전류센싱을 위한 전류검출용 저항(R5)을 구비한다.
상기 전류 검출용 저항(R5)의 일측단자(a)는 전류 검출부(60)의 OP엠프(OP3)의 비반전입력단자(+)에 연결되어 있다.
상기 속도지령부(80)의 구성을 살펴보면, 상기 비교기(OP1)의 출력단자가 저항(R11)을 통하여 전원전압(Vcc)에 연결됨과 동시에 트랜지스터(Q10)의 베이스에 연결되고, 상기 트랜지스터(Q10)의 콜렉터는 상기 비교기(OP2)의 비반전입력단자(+)에 연결됨과 동시에 상기 발진회로부(30)의 출력단자에 연결되어 있다. 또한 상기 트랜지스터(Q10)의 콜렉터와 에미터에는 다이오드(D3) 및 콘덴서(C2)가 병렬 연결되어 있다. 그리고 상기 비교기(OP2)의 반전입력단자(-)에는 속도설정용 가변저항(R12)이 저항(R13) 및 콘덴서(C1)를 통하여 연결되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 이 발명에 따른 단상 브러시리스 직류모터 구동회로는 모터(M)가 정상적인 동작을 하는 경우에 있어서 모터 속도조절 동작을 설명한다. 먼저, 전류검출부(60)에서 PAM부(50)의 전류검출 저항(R5)을 통하여 흐르는 전류를 검출한다. 이 전류검출부(60)에서 검출되는 전압레벨은 전류제한부(70)의 기설정된 전압레벨과 비교기(OP1)에서 비교된다. 상기 비교기(OP1)에서의 비교 결과에 따라 검출전압 레벨이 전류제한부(70)의 전압레벨보다 낮을 경우에 비교기(OP1)의 출력은 로우레벨이 되어 트랜지스터(Q10)가 턴오프되게 된다.
이에 따라 속도설정저항(R12)에서 설정된 전압레벨과 발진회로부(30)의 톱니파 펄스신호를 비교기(OP2)에서 비교하고, 그의 출력에서 펄스 트레인(Pulase train)이 형성되어(듀티비 조절) 트랜지스터(Q9)의 턴온, 오프를 제어한다. 상기 트랜지스터(Q9)의 제어에 따라 초퍼 트랜지스터(Q7)도 턴온, 오프가 결정되어 DC 링크(Link)단의 전원공급이 조절되므로 모터(M)의 속도가 조절된다.
만약, 모터(M)에 부하단락 등으로 과전류가 흘러 전류검출저항(R5)를 통해 전류검출부(60)의 전압레벨 보다 전류제한부(70)의 전압레벨이 높으면 비교기(OP1)의 출력은 하이 레벨이 되어 트랜지스터(Q10)가 턴온되고, 비교기(OP2)의 출력이 로우레벨이 된다. 이에 따라 트랜지스터(Q9)가 턴오프됨과 아울러 초퍼 트랜지스터(Q9)도 턴오프된다. 이와같이 DC링크단의 전원공급을 차단시켜 모터를 정지시킴으로써 전류제한 기능을 수행한다.
한편, 모터(M)에 과전압이 발생했을 경우, 즉 역기전압(D1의 캐소드측)이 다이오드(D1)의 애노드측 전압레벨보다 어느 레벨 이상이 되면 트랜지스터(Q8)가 턴온되어 DC링크단의 전압은 트랜지스터(Q8)와 저항(R8)을 통한 루프로 소모되므로 간단한 과전압 보호회로의 역할을 수행한다.
상술한 바와 같이 이 발명에 따르면, 수십 와트 이상의 단상 브러시리스 직류모터의 경우에도 전류제한 기능, 과전압보호 기능 및 정밀한 모터 속도제어가 가능하다.

Claims (3)

  1. 교류전원을 정류하여 소정레벨의 직류전압으로 출력하는 전원공급부(10)와, 상기 전원공급부(10)로부터 제공되는 전원의 전압레벨을 조절하는 펄스진폭변조부(50)와, 상기 펄스진폭변조부(50)로부터 출력되는 직류전원을 모터(M)에 공급하는 스위칭부(20)와, 상기 스위칭부(20)의 후단에 연결된 전류 센싱용 저항(R5)과, 전원전압(Vcc)을 소정레벨 디바이더하는 전류 제한부(70)가 반전입력단자(-)에 연결되고 상기 전류검출저항(R5)를 통해 검출된 전류를 증폭하는 전류검출부(60)가 비반전입력단자(+)에 연결된 비교기(OP1)와, 상기 비교기(OP1)의 출력신호에 따라 상기 펄스진폭변조부(50)에 모터속도 지령신호를 출력하는 속도지령부(80)와, 상기 속도지령부(80)에 모터 구동신호의 소스가 되는 톱니파 신호를 출력하는 발진회로부(30)와, 홀IC의 모터위치 검출 펄스신호(HA)에 따라 하이 또는 로우레벨의 로직신호를 번갈아 출력하는 논리부(50)와, 상기 하이 또는 로우레벨신호에 따라 스위칭부(20)의 스위칭 트랜지스터를 구동하는 제1 및 제2 구동 트랜지스터(Q5), (Q6)로 구성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류모터 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펄스진폭변조부(50)는 전원공급부(10)의 출력단에 연결된 초퍼 트랜지스터(Q7)와, 상기 초퍼 트랜지스터(Q7)의 온오프를 제어하는 트랜지스터(Q9)와, 상기 초퍼트랜지스터(Q7)에 연결된 다이오드(D1)와, 트랜지스터(Q8)와, 저항(R7), (R8) 및 전류센싱을 위한 전류검출용 저항(R5)으로 구성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류모터 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 속도 지령부(50)는 상기 비교기(OP1)의 출력단자가 연결됨과 동시에 전원전압(Vcc)이 저항(R11)을 통하여 베이스에 인가되는 트랜지스터(Q10)와, 상기 트랜지스터(Q10)의 콜렉터 및 발진회로부(30)의 출력단자가 비반전입력단자(+)에 연결됨과 동시에 속도설정용 가변저항(R12)이 저항(R13) 및 콘덴서(C1)을 통하여 반전입력단자(-)에 연결된 비교기(OP2)로 구성된 것을 특징으로 하는 단상 브러시리스 직류모터 구동회로.
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