KR0177995B1

KR0177995B1 - 브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법

Info

Publication number: KR0177995B1
Application number: KR1019950056508A
Authority: KR
Inventors: 최형묵; 박시홍
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1999-05-15
Also published as: JPH09182487A; US5808436A; KR970055205A

Abstract

본 발명은 브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법을 공개한다. 그 회로는 주파수를 설정하기 위한 주파수 설정 수단, 메인 클럭신호에 응답하여 상승 계수하기 위한 계수수단, 상기 주파수 설정수단과 상기 계수수단과의 값을 비교하고 상기 두 값이 동일하면 상기 계수수단을 리세트하기 위한 비교수단, 및 상기 비교수단의 출력신호 및 역기전력 검출신호에 응답하여 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수를 변경하기 위한 수단으로 구성되어 있다. 그 방법은 상기 주파수 설정수단의 주파수를 설정하고, 상기 계수수단을 계수하는 계수단계, 및 상기 설정된 주파수와 상기 계수수단의 계수된 값이 동일하면 비교 출력신호를 발생하여 상기 계수수단을 리세트하고, 이 때, 상기 역기전력 검출신호가 발생되었는지를 판단하고, 만일 상기 역기전력 검출신호가 발생되었으면 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수로 변경하고 상기 계수단계로 진행하고, 만일 상기 역기전력 검출신호가 발생되지 않으면 상기 계수단계로 진행하는 단계로 이루어져 있다. 따라서, 비교 출력신호의 주파수를 서서히 증가시키게 되면 모터의 속도도 서서히 가속이 됨으로써 정상 운전으로 전환시에 순조롭게 가속이 된다.

Description

브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법

제1도는 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동회로를 나타내는 것이다.

제2도는 제1도에 나타낸 회로의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

제3도는 n비트 쉬프트 레지스터의 상세 블록도이다.

제4도는 n비트 쉬프트 레지스터의 n비트 데이터의 쉬프트 과정을 나타내는 것이다.

제5도는 n비트 카운터의 동작을 나타내는 것이다.

본 발명은 모터의 기동회로 및 방법에 관한 것으로, 특히 브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법에 관한 것이다.

최근 전자산업에서 사용되는 소형 정밀 모터는 대부분이 브러쉬리스(brushless) 직류모터이다. 그런데, 브러쉬리스 DC모터를 기동하기 위해서는 회전자의 위치를 검출하는 자극 검출센서가 필요하다. 최근에는 자극 검출센서를 부착시키지 않고, 모터의 회전시에 발생하는 역기전력을 이용하여 기동하는 센서리스 구동방법이 많이 이용되고 있다.

그러나, 브러쉬리스 모터의 센서리스 구동 시에는 초기에 모터가 정지시에 역기전력이 발생하지 않으므로, 초기의 자극의 위치를 판별할 수 없는 문제점이 있다. 그래서, 일반적으로는 구동시에 임의의 구동방법을 이용한 기동모드에서 모터를 회전시켜서, 역기전력을 발생하도록 하여, 자극의 위치를 판별할 수 있는 정보를 얻어내도록 한다. 모터가 회전하기 시작하여 역전기력이 생성되고, 이 역기전력이 일정한 전압, 즉 정상운전모드로 변환하게 되는 기준전압보다 크게되면 정상운전모드로 전환하게 된다. 대부분의 기동방법은 정류를 수행하는 기준 클럭이 고정주파수로 되어 있고, 기동모드에서 검출된 역기전력을 증폭기로 증폭하여, 기준전압과 비교하게 되는데, 노이즈나 기타의 오동작을 방지하기 위해 기준전압이 다소 높게 선정되어 있다. 그래서, 초기에 회전을 시작하더라도 그 역기전력의 크기가 기준전압보다 크지 않게 되면 정상 운전모드로 전환할 수 없고, 계속기동모드에 머물게 된다. 그래서, 기동모드에서 정상운전모드로 전환하는 기준전압의 크기를 선정하는 것이 문제점으로 남게 된다. 만약 기준전압을 너무 낮게 선정하여 노이즈의 영향으로 기동모드에서 정상운전모드로 넘어가게 되면 모터가 회전을 하지 않았는데도, 정상운전모드로 운전을 하게 되어 기동 실패하는 경우도 생기게 된다.

본 발명의 목적은 기동시에 기준클럭의 주파수를 저주파수에서 고주파수까지 변환시켜서, 충분한 역기전력을 얻을 수 있는 브러쉬리스 모터의 기동회로를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기동시에 기준클럭의 주파수를 저주파수에서 고주파수까지 변환시켜서, 충분한 역기전력을 얻을 수 있는 브러쉬리스 모터의 기동방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동회로는 주파수를 설정하기 위한 주파수 설정수단, 메인 클럭신호에 응답하여 상승 계수하기 위한 계수수단, 상기 주파수 설정수단과 상기 계수수단과의 값을 비교하고 상기 두 값이 동일하면 상기 계수수단을 리세트하기 위한 비교수단, 및 상기 비교수단의 출력신호 및 역기전력 검출신호에 응답하여 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수로 변경하기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동방법은 상기 주파수 설정수단의 주파수를 설정하고, 상기 계수수단을 계수하는 계수단계, 및 상기 설정된 주파수와 상기 계수수단의 계수된 값이 동일하면 비교 출력신호를 발생하여 상기 계수수단을 리세트하고, 이 때, 상기 역기전력 검출신호가 발생되었는지를 판단하고, 만일 상기 역기전력 검출신호가 발생되었으면 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수로 변경하고 상기 계수단계로 진행하고, 만일 상기 역기전력 검출신호가 발생되지 않으면 상기 계수단계로 진행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법을 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동회로를 나타내는 것으로, n비트 카운터(10), n비트 비교기(12), n비트 쉬프트 레지스터(14), 리세트회로(16), 인버터(18), NAND게이트(20), 및 OR게이트(22)로 구성되어 있다.

n비트 카운터(10)는 메인 클럭신호(main ck)에 응답하여 계수하고, 리세트 회로(16)으로 부터의 리세트 신호에 응답하여 리세트된다. 인버터(18)는 리세트 회로(16)로 부터의 리세트 신호를 반전한다. NAND게이트(20)는 역기전력(BEMF) 검출신호와 인버터(18)의 출력신호를 비논리곱한다. OR게이트(22)는 NAND게이트(20)의 출력신호와 클럭초기화신호(ck init)를 논리합하여 반전 클럭 쉬프트 신호(ck shift)를 발생한다. n비트 쉬프트 레지스터(14)는 반전된 클럭 쉬프트 신호에 응답하여 데이터를 쉬프트한다. n비트 비교기(12)는 n비트 레지스터들(10, 14)의 출력신호를 비교하여 비교 출력신호(comp out)를 발생한다.

제2도는 제1도에 나타낸 회로의 동작을 설명하기 위한 동작흐름도로서, 먼저, 전원을 온한다.(제100단계). 전원이 온되면, n비트 쉬프트 레지스터(14)에는 초기의 주파수(f0)에 해당하는 카운터의 값이 설정되고, n비트 카운터(10)는 메인 클럭신호(main ck)를 입력하여 계수를 시작한다(제100단계). n비트 카운터(10)는 BEMF 검출신호가 하이레벨인지를 판단하고, BEMF 검출신호가 하이레벨이 될 때까지 상기 제110단계를 수행한다.(제120단계). BEMF 검출신호가 하이레벨인지를 판단하는 이유는 역기전력의 크기가 기준전압보다 크게되면, BEMF 검출신호는 하이레벨이 되는데, n비트 비교기(12)에서 n비트 카운터(10)와 n비트 쉬프트 레지스터(14)의 값을 비교하여, 두 값이 같으면 비교 출력신호(comp out)를 로우레벨로 한다. 로우레벨의 비교 출력신호(comp out)는 n비트 카운터(12)를 리셋트한다. 만일, 제120단계의 판단결과 BEMF 검출신호가 하이레벨이고, 비교 출력신호(comp out)가 로우레벨이면, 반전 클럭 쉬프트 신호(ck shift)가 하이레벨에서 로우레벨로 변경되고, n비트 쉬프트 레지스터(14)는 1비트 하위비트쪽으로 쉬프트하여 주파수(f0)의 2배의 주파수(f1)를 저장하고, n비트 카운터(10)는 메인 클럭신호(main ck)에 응답하여 계수를 한다.(제130단계). n비트 비교기(12)는 n비트 카운터(10)가 상승 계수를 하여 n비트 쉬프트 레지스터(14)에 저장된 값과 같아져서 비교 출력신호(comp out)가 로우레벨이 되면 n비트 카운터(10)를 리세트한다. 그리고, 비교 출력신호(comp out)가 로우레벨일 때, BEMF 검출신호가 하이레벨인지를 판단하다.(제140단계). 만일, BEMF 검출신호가 하이레벨이 아니면 상기 제130단계로 진행하여 동작을 반복해서 수행한다. 그래서, 만일 비교 출력신호(comp out)가 로우레벨이고, 이 때의 BEMF 검출신호가 하이레벨이면, n비트 쉬프트 레지스터(14)를 1비트 하위비트쪽으로 쉬프트한다. 그리고, 제130, 140단계에서와 같은 동작을 반복해서 수행한다. 마지막으로, n비트 쉬프트 레지스터(14)에 최대 주파수에 해당하는 주파수(fmax)값이 설정이 되고, n비트 카운터(10)는 메인 클럭신호(main ck)에 응답하여 상승 계수를 시작한다.(제150단계). n비트 비교기(12)는 n비트 카운터(10)의 계수값이 n비트 쉬프트 레지스터(14)의 값과 동일하면 비교 출력신호(comp out)를 로우레벨로 하고 n비트 카운터(10)를 리세트한다. 이 때, BEMF 검출신호가 하이레벨인지를 판단하고 하이레벨이 아니면 제150단계로 진행한다.(제160단계). 그리고, 만일, BEMF 검출신호가 하이레벨이면, 정상운전 모드를 수행한다.(제170단계).

위에서 생성되는 비교 출력신호(comp out)는 기동블럭으로 입력되어 기동시에 정류를 수행하는 기준클럭이 된다. 비교 출력신호(comp out)의 주파수가 기동블럭의 기준 주파수가 됨으로, 비교 출력신호(comp out)의 주파수와 기동주파수는 비례관계에 있게 된다. 따라서, 비교출력신호의 주파수가 가변되면 기동주파수도 가변이 된다. 기동주파수를 서서히 증가하게 되면, 모터의 회전수도 서서히 빨라지게 되고, 모터에 유기되는 역기전력도 서서히 증가하게 된다.

제3도는 n비트 쉬프트 레지스터의 상세 블록도로서, n개의 플립플롭들(30-n, 30-(n-1), ····, 30-2, 30-1)로 구성되어, 반전 클럭 쉬프트 신호(ck shift)에 응답하여 데이터를 1비트 쉬프트하게 된다.

제4도는 n비트 쉬프트 레지스터의 n비트 데이터의 쉬프트 과정을 나타내는 것이다. 즉, 최상위 비트로부터 1비트씩 쉬프트하여 10000...→01000...→00100...→...→...00001로 쉬프트 되는 과정을 나타낸 것이다.

제5도는 n비트 카운터의 동작을 나타내는 것으로, BEMF 검출신호가 로우레벨에서 하이레벨로 변하고, n비트 비교기(12)의 출력신호(comp out)가 로우레벨이 되어 클럭 쉬프트신호(ck shift)가 하이레벨에서 로우레벨로 천이하면, n비트 쉬프트 레지스터(14)는 1비트 하위비트쪽으로 쉬프트하게 되고, n비트 카운터(12)는 n비트 쉬프트 레지스터(14)에 설정된 값만큼을 계수하게 된다. 그래서, 처음에 8을 상승계수한다면, 다음에는 4를 상승계수하고, 그리고 2를 상승계수하고, 마지막으로 1을 계수한다.

상술한 실시예에서는 n비트 쉬프트 레지스터의 값을 쉬프트하면서 저주파수에서 고주파수로 주파수를 2배씩 증가하였는데, 마이크로 컴퓨터 또는 n bit Register등을 사용하여 저주파수에서 고주파수로 원하는 만큼씩 증가하게 할 수도 있다.

따라서, 본 발명의 브러쉬리스 모터의 기동회로 및 방법은 비교 출력신호의 주파수를 변환할 때마다 역기전력을 검출하여, 정상적으로 모터가 회전하는지를 판단함으로써, 노이즈나 기타의 원인으로 인하여 기동이 되지 않았는데도 기동이 된 것으로 인식하여, 정상운전모드로 전환하는 경우 등의 기동 실패를 방지할 수 있다. 또한, 비교 출력신호의 주파수를 서서히 증가시키게 되면 모터의 속도도 서서히 가속이 됨으로써 정상 운전으로 전환시에 순조롭게 가속이 된다.

Claims

주파수를 설정하기 위한 주파수 설정수단; 메인 클럭신호에 응답하여 상승계수하기 위한 계수수단; 상기 계수수단의 계수값과 상기 주파수 설정수단에 설정된 주파수 값을 비교하여 상기 계수값과 주파수 값이 동일하면 상기 계수수단을 리세트하기 위한 비교수단; 및 상기 비교수단의 출력신호 및 역기전력 검출신호에 응답하여 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수로 변경하기 위한 주파수 변환수단을 구비하고, 상기 역기전력 검출신호에 응답하여 브러쉬리스 모터를 기동하기 위한 브러쉬리스 모터의 기동회로.
주파수를 설정하기 위한 주파수 설정수단; 및 메인 클럭신호에 응답하여 상승 계수하기 위한 계수수단을 구비하고, 역기전력 검출신호에 응답하여 브러쉬리스 모터를 기동하기 위한 브러쉬리스 모터의 기동방법에 있어서, 상기 주파수 설정수단에 주파수 값을 설정하는 주파수 설정단계; 상기 계수수단이 계수를 수행하는 계수단계; 상기 설정된 주파수 값과 상기 계수값을 비교하여 상기 주파수 값과 상기 계수값이 동일할 때 비교신호를 발생하기 위한 비교단계; 상기 비교신호에 응답하여 상기 계수값을 리세트하기 위한 단계; 및 상기 역기전력 검출신호가 발생되었으면 상기 주파수 설정수단의 주파수를 고주파수로 변경하고 상기 계수단계로 진행하고, 만일 상기 역기전력 검출신호가 발생되지 않았으면 상기 계수수단으로 진행하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 모터의 기동방법.