KR100282367B1 - 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레쉬레스 직류모터에서 상부 게이트 구동부와 하부 게이트 구동부를 독립적으로 온/ 오프시킴으로써 과전류 검출에 의한 스위칭 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있는 PWM 신호 제어장치에 관한 것이다. 상기 제어장치는 센서리스 감지부로 부터 검출된 신호에 따라 다수개의 스위칭 트랜지스터의 구동에 필요한 소정의 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부 출력단의 부하저항을 통해 접속되고 그 출력단이 스위칭 트랜지스터들의 게이트 단자와 연결되는 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부와, 상기 상부 및 하부 게이트 구동부의 입력단과 상기 제어부의 일측 출력단들에 접속되어 상기 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부를 교번적으로 구동하기 위해 적어도 하나 이상의 게이트 구동전압을 출력하는 게이트 구동부로 구성된다. 따라서 감지저항을 통해 BLDC 모터로 부터 과전류 검출시 전원전압의 인가를 적절히 차단함으로써 스위칭 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있다.

Description

브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치

본 발명은 브레쉬레스 직류모터에 관한 것으로써, 특히 스위칭 트랜지스터를 구동하기 위한 상부/하부 게이트 구동부를 선택적으로 온/오프함으로써 과전류를 발생시 이를 차단할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 브레쉬레스 직류모터(이하, BLDC 모터라 약칭함)의 구동회로는 도 1에 도시한 바와 같이 포지티브 라인과 네가티브 라인을 갖는 입력전원부(도시생략됨)와, 상기 입력전원부에 접속된 입력전원 평활용 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)의 출력단에 접속된 다수개의 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)를 제어하는 게이트 구동부(14)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 출력단에 접속된 BLDC 모터(11)와, 상기 BLDC 모터(11)의 전압입력단에 접속되어 로터(rotor)의 회전 위치를 감지하는 센서리스 감지부(12)와, 상기 센서리스 감지부(12)를 통해 검출된 신호에 따라 상기 게이트 구동부(14)에 PWM 선택신호를 제공하는 제어부(13)로 구성된다. 이때 미설명된 저항(Rs)은 과전류를 검지하기 위한 감지저항을 나타낸다.

한편 도 2는 도 1에 적용되는 펄스폭변조 신호 제어장치를 나타낸 것으로써, 센서리스 감지부(12)로 부터 검출된 신호에 따라 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 구동에 필요한 소정의 제어신호를 출력하는 제어부(13)와, 상기 제어부(13) 출력단의 부하저항을 통해 접속되고 그 출력단이 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 게이트 단자와 연결되는 상부 게이트 구동부(15) 및 하부 게이트 구동부(16)와, 상기 상부 및 하부 게이트 구동부(15)(16)의 입력단과 제어부(13)의 일측 출력단에 접속되어 게이트 구동전압을 출력하는 게이트 구동부(14)로 구성된다.

또한 상기 게이트 구동부(14)는 반송파 발생기(10)와, 상기 반송파 발생기(10)의 반송파 신호와 제어부(13)의 PWM 제어신호(아날로그 신호)를 비교 출력하거나 감지저항의 전원레벨과 전류비교 기준부(17)의 기준전압을 비교 출력하는 복수개의 비교기(COMP1)(COMP2)와, 상기 비교기(COMP1)(COMP2)의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 앤드 게이트(AND1)와, 상기 앤드 게이트(AND1)의 출력신호에 따라 게이트 구동전압을 출력하는 출력 구동 트랜지스터(TR1)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래기술에 따른 PWM 신호 제어장치는 제어부(13)의 PWM 선택신호에 따라 반송파 발생기(10)의 반송파 신호가 제1 비교기(COMP1)에서 감지저항의 전원레벨이 제2 비교기(COMP2)에서 각각 비교출력되면 앤드 게이트(AND1)는 출력 구동 트랜지스터(TR1)를 턴온 또는 턴오프시킨다. 그러면 전원전압이 상부 또는 하부 게이트 구동부(15)(16)에 인가되거나 차단됨으로써 상부 또는 하부 스위칭 트랜지스터(Q1,Q3,Q5)(Q2,Q4,Q6)가 동시에 턴온되거나 턴오프된다.

따라서 종래의 PWM 신호 제어장치는 상부 게이트 구동부 또는 하부 게이트 구동부를 온/오프시킴으로써 과전류 검출에 의한 스위칭 트랜지스터의 보호가 필요할 때 보호 동작에 의한 전류 감소가 늦어져 과전류 보호가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 발생되어 고가의 스위칭 트랜지스터가 소손되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 상부 게이트 구동부와 하부 게이트 구동부를 독립적으로 온/오프시킴과 동시에 전류 보호 동작시 상부 게이트 구동부와 하부 게이트 구동부를 동시에 온/오프시킴으로써 과전류 검출에 의한 전류 감소를 빠르게 하여 스위칭 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치의 특징은, 센서리스 감지부로 부터 검출된 신호에 따라 다수개의 스위칭 트랜지스터의 구동에 필요한 소정의 제어신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부 출력단의 부하저항을 통해 접속되고 그 출력단이 스위칭 트랜지스터들의 게이트 단자와 연결되는 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부와, 상기 상부 및 하부 게이트 구동부의 입력단과 상기 제어부의 일측 출력단들에 접속되어 상기 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부를 교번적으로 구동하도록 적어도 하나의 게이트 구동전압을 출력하는 게이트 구동부로 구성된다.

상기한 게이트 구동부는 반송파 발생기와, 상기 반송파 발생기의 반송파 신호와 제어부의 PWM 선택신호를 비교 출력하는 비교기와, 상기 비교기의 출력신호와 상기 제어부의 상부 PWM 선택신호를 논리곱하여 출력하는 제1 논리 연산부와, 상기 비교기의 출력신호와 상기 제어부의 하부 PWM 선택신호를 논리곱하여 출력하는 제2 논리연산부와, 상기 제1 논리연산부의 출력신호에 따라 하부 게이트 구동부에 전원전압을 제공하는 제1 및 제3 출력구동 트랜지스터로 구성함을 특징으로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 브레쉬레스 직류모터의 구동장치를 나타낸 회로도

도 2는 도 1에 적용되는 펄스폭변조 신호 제어장치를 나타낸 회로도

도 3는 본 발명에 따른 펄스폭변조 신호 제어장치를 나타낸 회로도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반송파 발생부 11 : BLDC 모터

12 : 센서리스 감지부 13 : 제어부

14 : 게이트 구동부 15 : 상부 게이트 구동부

16 : 하부 게이트 구동부 17 : 전류 비교 기준부

Q1∼Q6 : 스위칭 트랜지스터 TR1∼TR3 : 트랜지스터

AND1∼AND3 : 앤드게이트 COMP1, COMP2 : 비교기

Rs : 감지저항

이하, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 PWM 신호 제어장치를 나타낸 회로도이다.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치는 센서리스 감지부(12)로부터 검출된 BLDC 모터(11)의 전류신호에 따라 다수개의 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 구동에 필요한 소정의 제어신호를 출력하는 제어부(13)와, 상기 제어부(13) 출력단의 부하저항을 통해 접속되고 그 출력단이 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 게이트 단자와 연결되는 상부 게이트 구동부(15) 및 하부 게이트 구동부(16)와, 상기 상부 및 하부 게이트 구동부(15)(16)의 입력단과 상기 제어부의 일측 출력단들에 접속되어 상기 상부 게이트 구동부(15) 및 하부 게이트 구동부(16)를 교번적으로 구동하도록 적어도 하나의 게이트 구동전압을 출력하는 게이트 구동부(14)로 구성된다.

또한 상기 게이트 구동부(14)는 반송파 발생기(10)와, 상기 반송파 발생기(10)의 반송파 신호와 제어부(13)의 하부 PWM 선택신호를 비교 출력하는 제1 비교기(COMP1)와, 상기 제1 비교기(COMP1)의 출력신호와 상기 제어부(13)의 하부 PWM 선택신호를 논리곱하여 출력하는 제1 앤드게이트(AND2)와, 상기 제1 비교기(COMP)의 출력신호와 상기 제어부(13)의 상부 PWM 제어신호를 논리곱하여 출력하는 제2 앤드게이트(AND3)와, 상기 제1 앤드게이트(AND2)의 출력신호에 따라 상부 게이트 구동부(15)에 전원전압을 제공하는 제1 및 제3 출력구동 트랜지스터(TR1)(TR3)와,감지저항(Rs)의 전원레벨과 전류비교 기준부(17)의 기준전압을 비교 출력하는 제2 비교기(COMP2)의 출력신호에 따라 하부 게이트 구동부(16)에 전원전압을 제공하는 제1 및 제2 출력구동 트랜지스터(TR1)(TR2)로 구성된다.

또한 상기 제1 출력구동 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자는 제2 비교기(COMP2)를 통해 감지저항(Rs)과 접속되고, 상기 제2 비교기(COMP2)의 타단은 전류 비교 기준부(17)가 접속되어 접지되며, 상기 트랜지스터(TR1)의 출력단은 제2 및 제3 출력구동 트랜지스터(TR2)(TR3)의 입력단과 접속되며, 상기 제2 출력구동 트랜지스터(TR2)의 출력단은 상부 게이트 구동부(15)의 입력단에 접속되고, 상기 제3 출력 구동 트랜지스터(TR3)의 출력단은 하부 게이트 구동부(16)의 입력단에 접속된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 PWM 신호 제어장치는 먼저 반송파 발생기(10)의 반송파 신호와 제어부(13)의 하부 PWM 선택신호(아날로그신호)가 제1 비교기(COMP1)에서 비교 출력된다.

다음 상기 제1 비교기(COMP2)의 출력신호는 제1 앤드 게이트(AND2)에서 제어부(13)의 상부 PWM 선택신호와 논리곱되어 제2 출력구동 트랜지스터(TR2)의 베이스 구동 전위로 출력된다. 그러면 상기 제1 앤드 게이트(AND2)의 논리신호가 "로우"일 때 전원전압이 제1 출력구동 트랜지스터(TR1) 및 제2 출력구동 트랜지스터(TR2)를 통해 출력되므로 상부 게이트 구동부(15)가 구동된다. 따라서 스위칭 트랜지스터(Q1,Q3,Q5)가 구동된다.

그 다음 상기 제1 비교기(COMP)의 출력신호는 제2 앤드 게이트(AND3)에서 제어부(13)의 상부 PWM 선택신호와 논리곱되어 제3 출력구동 트랜지스터(TR3)의 베이스 구동 전위로 출력된다. 그러면 상기 제2 앤드 게이트(AND3)의 논리신호가 "로우"일 때 전원전압이 제1 출력구동 트랜지스터(TR1) 및 제3 출력구동 트랜지스터(TR3)를 통해 출력되므로 하부 게이트 구동부(16)가 구동된다. 따라서 스위칭 트랜지스터(Q2,Q4,Q6)가 구동된다.

결과적으로 상기 제1 및 제2 출력구동 트랜지스터(TR1)(TR2) 및 상기 제1 및 제3 출력구동 트랜지스터(TR1)(TR3)의 턴온 및 턴오프 동작에 따라 전원전압이 상부 및 하부 게이트 구동부(15)(16)에 인가되거나 차단됨으로써 상부 및 하부 스위칭 트랜지스터(Q1,Q3,Q5)(Q2,Q4,Q6)가 선택적으로 온/오프된다.

또한 감지저항(Rs)과 제2 비교기(COMP2)를 통해 과전류가 발생신호가 출력되면, 제1 출력구동 트랜지스터(TR1)의 베이스 단자에 "하이"신호가 입력되고, 상기 신호에 의해 상부/하부 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)이 모두 오프된다.

그러므로 본 발명의 PWM 신호 제어장치는 상부 게이트 구동부와 하부 게이트 구동부를 선택적으로 온/오프시킴으로써 모터의 전류가 원하는 전류가 되도록 하고, 감지저항(Rs)을 통해 과전류 검출시 제1 출력구동 트랜지스터(TR1)를 오프시킴으로써 전류의 감소를 급격하게 하여 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)들의 소손을 방지할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 PWM 신호 제어장치는 상부 게이트 구동부와 하부 게이트 구동부를 독립적으로 온/오프시키는 도중에 감지저항을 통해 BLDC 모터로 부터 과전류 검출시 전원전압의 인가를 적절히 차단함으로써 스위칭 트랜지스터들의 소손을 방지할 수 있는 이점이 있다.

따라서 본 발명은 감지저항과 센서리스 감지부의 검출 전류에 따라 상부 및 하부 게이트 구동부를 독립적으로 구동할 수 있고 게이트 구동부의 적절한 회로 변경이 예상되므로 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에서 본 실시예들에 국한되지 않고 다양한 변조 변화가 가능함은 명백하다.

Claims (5)

1. 센서리스 감지부로 부터 검출된 신호에 따라 다수개의 스위칭 트랜지스터의 구동에 필요한 소정의 제어신호를 출력하는 제어부와;

   상기 제어부 출력단의 부하저항을 통해 접속되고 그 출력단이 스위칭 트랜지스터들의 게이트 단자와 연결되는 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부와;

   상기 상부 및 하부 게이트 구동부의 입력단과 상기 제어부의 일측 출력단들에 접속되어 상기 상부 게이트 구동부 및 하부 게이트 구동부를 교번적으로 구동하기 위해 적어도 하나의 전원전압을 출력하는 게이트 구동부를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 구동부는 모터에 인가되는 전압을 제어하기 위한 PWM 신호와 상부 PWM 선택신호를 상기 PWM 신호와 논리곱하여 출력하는 제1 논리 연산부와, 상기 PWM 신호와 상기 제어부의 하부 PWM 선택신호를 논리곱하여 출력하는 제2 논리연산부와, 상기 제1 논리연산부의 출력신호에 따라 상부 게이트 구동부에 전원전압을 제공하는 제1 및 제2 출력구동 트랜지스터와, 상기 제2 논리연산부의 출력신호에 따라 하부 게이트 구동부에 전원전압을 제공하는 제1 및 제3 출력구동 트랜지스터를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 PWM 제어신호는 반송파 발생부와, 상기 반송파 발생부의 출력신호와 제어부의 PWM 제어신호를 비교 출력하는 비교기를 갖는 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제1 출력구동 트랜지스터의 베이스 단자는 감지저항의 출력신호에 의거 동작되고, 그 출력단은 제2 및 제3 출력구동 트랜지스터의 입력단과 접속됨을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제2 출력구동 트랜지스터의 출력단은 상부 게이트 구동부의 입력단에 접속되고, 상기 제3 출력 구동 트랜지스터의 출력단은 하부 게이트 구동부의 입력단에 접속됨을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 펄스폭변조 신호 제어장치.