KR100317382B1 - 에스알엠모터의전원공급및구동회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로에 관한 것으로, 종래에는 에스알엠 모터에 공급하는 전원을 제어용 전원공급장치(SMPS)을 이용하여 공급함으로써 가격이 상승되는 문제점이 있고, 모터권선에 연결된 하위 스위치소자를 온하는 시점에 상위 스위치소자를 동시에 온시킴으로써 고주파성의 소음을 제공하는 원인이 되는 전류를 발생시키는 문제점이 있다. 따라서 본 발명은 커먼 인덕터와 커패시터를 통해 입력되는 220V 전원으로 부터 커먼 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부와, 상기에서 노이즈가 제거된 전원을 정류시켜 얻어진 직류전압을 모터로 공급하는 정류부와, 병렬로 N의 수 만큼 각각 연결되는 모터 권선에 상,하로 직렬연결된 상,하위 스위치소자와, 상기 상위 스위치소자의 베이스와 하위 스위치소자의 에미터 사이에 연결된 두 저항의 접속점과 상기 상위 스위치소자의 콜렉터에 연결되어 상위 스위치소자의 온/오프시 하위 스위치소자의 온/오프시점에 일정한 지연시간을 갖도록 하는 지연소자와, 모터의 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 베이스 구동부와, 상기에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 각 상의 신호를 상기 하위 스위치소자로 제공하는 마이크로 컴퓨터를 구성하여, 220V 전원을 직접 정류하여 에스알엠 모터에 공급해주어 염가의 모터 전압 공급장치를 구성할 수 있고, 모터 권선의 상,하에 각각 연결된 스위치소자중 상위 스위치소자를 하위 스위치소자와 약간의 지연시간을 갖고 온시켜 줌으로써 고주파성 노이즈를 제거할 수 있도록 한 것이다.

Description

에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로
본 발명은 에스알엠 모터에 제어용 전원공급장치(SMPS)를 이용하지 않고 220V 전원을 직접 정류하여 모터에 공급해줄 수 있도록 한 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로에 관한 것으로, 특히 모터 권선의 상,하에 연결된 스위치소자가 동시에 온되지 않고 하위 스위치소자가 온된 후 일정시간 지연 후 하위스위치 오프시상위 스위치소자를 일정시간 온시킨 후 오프하여 고주파성 노이즈를 제거할 수 있도록 한 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로에 관한 것이다.
도 1은 종래 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로도로서, 이에 도시된 바와같이 모터 권선에 순차적으로 전압을 인가하도록 하는 제어용 전원공급장치(11)와, 상기 제어용 전원공급장치(11)에 신호를 인가하여 전압을 15V-40V까지 변화시키도록 제어하는 마이크로 컴퓨터(12)와, 모터내 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 포토센서와 상기 회전자 위치신호에 따라 스위치소자를 온/오프할 수 있는 피엔피 트랜지스터로 이루어진 베이스 구동부(13)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선(La,Lb,Lc)과, 이 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬연결된 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)(Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 콜렉터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2,FRD4,FRD6)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 콜렉터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)와, 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 베이스와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 콜렉터 사이에 연결되어 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)를 동시에 온시키도록 하는 저항(R21-R23)으로 구성된다.
이와같이 구성된 종래기술에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
마이크로 컴퓨터(12)는 그의 출력포트(PORT1)로 모터 속도를 가변시키기 위한 신호를 제어용 전원공급장치(11)로 인가한다.
여기서 상기 제어용 전원공급장치(11)는 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)이다.
그러면 상기 제어용 전원공급장치(11)는 15V-40V 까지 변화시킬 수 있으며, 이 변화된 전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급한다.
따라서 에스알엠(SRM) 모터의 회전자가 회전하게 되고, 그 회전 속도는 가변된다.
이때 모터의 회전자의 위치를 포토센서에서 검출하게 된다.
먼저 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출하여 베이스 구동부(13)의 A상의 포토센서(PHOTO Sa)에서 신호를 출력하면 피엔피 트랜지스터(PNP1)가 온된다.
상기 피엔피 트랜지스터(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 공급된다.
따라서 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 턴온된다.
상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R21)을 통해서는 저전위신호가 A상의 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스로 인가되어, 상기 A상의 상위 스위치소자(Q1a)도 턴온된다.
따라서 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
이렇게 A상의 모터 권선(La)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 B상의 포토센서(PHOTO Sb)에서 신호가 발생된다.
이때 A상의 포토센서(PHOTO Sa)는 오프되고, 이에 따라 피엔피트랜지스터(PNP1)도 오프됨으로써, A상의 하위 스위치소자(Q2a)도 오프되고 동시에 상위 스위치소자(Q1a)도 오프됨에 따라 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3,FRD2)에 의해 제거된다.
따라서 모터의 회전을 원활하게 해준다.
그리고 B상의 포토센서(PHOTO Sb)에서 발생된 회전자 위치신호에 의해 피엔피 트랜지스터(PNP2)도 턴온된다.
상기 피엔피 트랜지스터(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 B상의 하위 스위치소자(Q2b)의 베이스로 공급된다.
따라서 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 턴온된다.
상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R22)을 통해서는 저전위신호가 B상의 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스로 인가되어, 상기 B상의 상위 스위치소자(Q1b)도 턴온된다.
따라서 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.
이렇게 B상의 모터 권선(Lb)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 C상의 포토센서(PHOTO Sc)에서 신호가 발생된다.
이에따라 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c,Q2c)가 턴온됨으로서, C상의 모터 권선(Lc)에 전기가 유기되어 회전을 가속하게 되고, 이와같은 일을 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.
그러나, 상기에서와 같은 종래기술에서, 에스알엠 모터의 가변속을 위해 모터에 공급되는 전원을 변화시켜 회전속도를 조절하는데, 그 전원의 변화를 위해 제어용 전원공급장치(SMPS)를 이용함으로써 가격이 상승되는 문제점이 있고, 모터권선에 연결된 하위 스위치소자를 온하는 시점에 상위 스위치소자를 동시에 온시킴으로써 고주파성의 소음을 제공하는 원인이 되는 전류를 발생시키는 문제점이 있다.
따라서 상기에서와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 220V 전원을 직접 정류하여 모터에 공급해 줌으로써, 염가의 모터 전압공급장치를 구성할 수 있도록 한 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 모터 권선에 연결되는 상위 스위치소자를 하위 스위치소자와 동시에 구동할 경우, 상위 스위치소자를 약간의 지연시간을 갖고 구동시키도록 함으로써 고주파성의 노이즈를 제거할 수 있도록 한 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로를 제공함에 있다.
도 1은 종래 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로도.
도 2는 본 발명 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로도.
도 3은 도 2에서, 상하위 스위치소자의 구동펄스 및 상전류 파형도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
21 : 노이즈 제거부 22 : 정류부
23 : 베이스 구동부 24 : 마이크로 컴퓨터
C11,C12,C13 : 지연용 커패시터 FRD2-FRD7 : 프리휠 다이오드
La,Lb,Lc : 모터 권선 Q1a,Q1b,Q1c : 상위 스위치소자
Q2a,Q2b,Q2c : 하위 스위치소자
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 입력되는 220V 전원을 커먼 인덕터와 커패시터를 통해 커먼 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부와, 상기에서 노이즈가 제거된 전원을 정류시켜 직류전압으로 만드는 정류부와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선에 상,하로 직렬연결된 스위치소자와, 상기 상위 스위치의 온/오프시 상위 스위치소자의 온/오프시점을 약간의 지연을 갖고 이루어지도록 하는 지연소자와, 모터의 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 베이스 구동부와, 상기에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 각 상의 신호를 상기 하위 스위치소자로 제공하는 마이크로 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 220V 전원을 커먼 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 통해 커먼 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부(21)와, 상기에서 노이즈가 제거된 전원을 브리지 다이오드와 커패시터(C3)를 이용하여 정류및 평활시켜 직류전압으로 만드는 정류부(22)와, 병렬로 3상의 수 만큼 각각 연결되는 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬연결된 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)(Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 콜렉터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2,FRD4,FRD6)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 콜렉터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)와, 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 베이스와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 콜렉터 사이에 연결된 저항(R7,R21),(R8,R22),(R9,R23)의 접속점과 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터에 연결되어, 그 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 온/오프시 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 온/오프시점에 약간의 지연을 갖도록 하는 지연용 커패시터(C11-C13)와, 모터의 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 베이스 구동부(23)와, 상기 베이스 구동부(23)에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 각 상의 신호를 상기 하위 스위치소자로 제공하는 마이크로 컴퓨터(24)로 구성한다.
이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
전원전압단에서 220V의 전원을 공급하면, 노이즈 제거부(21)의 커먼 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 통해서 커먼 노이즈를 제거한다.
이렇게 노이즈가 제거된 전원을 정류부(22)의 브리지 다이오드에서 정류하고, 커패시터(C3)에서 평활하여 직류전압으로 만들어 에스알엠 모터로 공급한다.
이때 모터 내부에 포토 인터럽터와 각 상에 연계된 슬롯을 갖는 디스크를 설치함으로써 회전자의 위치를 포토센서에서 검출하게 된다.
그러면 베이스 구동부(23)의 A상의 포토센서(PHOTO Sa)는 고정자 권선 A상에 전기가 유도될수 있도록 회전자 위치를 검출하여 신호를 출력하면, 포토 트랜지스터가 턴온되어 전압단의 고전위신호가 접지측으로 바이패스되어 피엔피 트랜지스터(PNP1)의 베이스로 저전위신호가 인가된다.
따라서 피엔피 트랜지스터(PNP1)가 온된다.
상기 피엔피 트랜지스터(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 마이크로 컴퓨터(24)의 Sa입력단으로 공급된다.
그러면 상기 마이크로 컴퓨터(24)는 A상을·온 시켜야 하는 신호, 즉 도 3의(a)에서와 같은 하이상태의 구동신호를 그의 제1출력포트(PORT1)로 출력시킨다.
따라서 상기 하이상태의 구동신호는 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 인가되어 턴온시킨다.
상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온 하게되고 다음 순간에 도 3의(b)에서와 같이 A점의 전압은 지연용 커패시터(C11)와 저항(R21)의 시정수값에 따라 서서히 떨어지고 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스전압이 온될 수 있는 드레쉬홀드전압이 되면, 상기 상위 스위치소자(Q1a)는 온하게 된다.
결국 상위 스위치소자(Q1a)는 도 3c에서와 같이 하위 스위치소자(Q2a)와 시정수만큼 지연된 후 온된다.
따라서 A상의 모터 권선(La)에 전류가 흐르게 되고, 이에따라 고정자의 A상은 자속을 발생하게 되고, 회전자는 딸려오고 연속적으로 회전을 위해서는 다음 상에 전류를 흘려주어야 한다.
따라서 베이스 구동부(23)의 B상의 포토센서(PHOTO Sb)에서 고정자 권선 B상에 전기가 유도될수 있도록 회전자 위치를 검출하여 신호를 출력하면, 포토 트랜지스터가 턴온되어 전압단의 고전위신호가 접지측으로 바이패스되어 피엔피 트랜지스터(PNP2)의 베이스로 저전위신호가 인가된다.
따라서 피엔피 트랜지스터(PNP2)가 온된다.
상기 피엔피 트랜지스터(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 마이크로 컴퓨터(24)의 Sa입력단으로 공급된다.
그러면 상기 마이크로 컴퓨터(24)는 A상을 오프시켜야 하는 로우상태의 구동신호를 그의 제1출력포트(PORT1)로 출력시켜 A상의 하위 스위치소자(Q2a)를 오프시킨다.
그런데 이때 갑지기 하위 스위치소자와 상위 스위치소자를 동시에 오프시켜 주면 전류가 갑자기 끊어져 주파수성 노이즈가 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위하여 커패시터(C11)와 저항(R7)의 시정수에 의해 하위 스위치소자(Q2a)의 드레쉬홀드전압이 되면 상위 스위치소자(Q1a)를 오프하게 된다.
결국 하위 스위치소자(Q2a)가 오프되고 상위 스위치소자(Q1a)만 온되어 있는 순간에 상위 스위치소자(Q1a)→권선(La)→저항(R21)→커패시터(C11)가 루프를 형성하고 전류는 부드럽게 감소하다가 드레쉬홀드 전압에서 상위 스위치소자(Q1a)가 오프함으로써, 고주파성 노이즈를 제거하게 된다.
그리고 A 상에 유기된 자속을 제거해주어야 하는데 이러한 작용은 프리휠 다이오드(FRD2,FRD3)에서 해준다.
상기 마이크로 컴퓨터(24)는 A상의 권선에 흐르는 전류를 차단시킴과 동시에 그의 제2출력포트(PORT2)로 B을 온 시켜야 하는 하이상태의 구동신호를 출력시킨다.
그러면 B의 하위 스위치소자(Q2b)가 온 하게되고 다음 순간에 B점의 전압은 지연용 커패시터(C12)와 저항(R22)의 시정수값에 따라 서서히 떨어지고 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스전압이 온될 수 있는 드레쉬홀드전압이 되면, 상기 상위 스위치소자(Q1b)는 온하게 된다.
결국 상위 스위치소자(Q2b)는 하위 스위치소자(Q2b)와 시정수만큼 지연된 후 온된다.
따라서 B의 모터 권선(Lb)에 전류가 흐르게 되고, 이에따라 고정자의 B상은 자속을 발생하게 되고, 회전자는 딸려오고 연속적으로 회전을 위해서는 다음 상에 전류를 흘려주어야 한다.
따라서 베이스 구동부(23)의 C상의 포토센서(PHOTO Sc)에서 고정자 권선 C상에 전기가 유도될수 있도록 회전자 위치를 검출하여 신호를 출력하면, 포토 트랜지스터가 턴온되어 전압단의 고전위신호가 접지측으로 바이패스되어 피엔피 트랜지스터(PNP3)의 베이스로 저전위신호가 인가된다.
따라서 피엔피 트랜지스터(PNP3)가 온된다.
상기 피엔피 트랜지스터(PNP3)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sc)가 마이크로 컴퓨터(24)의 Sc입력단으로 공급된다.
그러면 상기 마이크로 컴퓨터(24)는 B상을 오프시켜야 하는 로우상태의 구동신호를 그의 제2출력포트(PORT2)로 출력시켜 B상의 하위 스위치소자(Q2b)를 오프시킨다.
그런데 이때 갑지기 하위 스위치소자(Q2b)와 상위 스위치소자(Q1b)를 동시에 오프시켜 주면 전류가 갑자기 끊어져 주파수성 노이즈가 발생하게 되므로, 이를 방지하기 위하여 커패시터(C12)와 저항(R8)의 시정수에 의해 하위 스위치소자(Q2b)의 드레쉬홀드전압이 되면 상위 스위치소자(Q1b)를 오프하게 된다.
결국 하위 스위치소자(Q2b)가 오프되고 상위 스위치소자(Q1b)만 온되어 있는 순간에 상위 스위치소자(Q1b)→권선(Lb)→저항(R22)→커패시터(C12)가 루프를 형성하고 전류는 부드럽게 감소하다가 드레쉬홀드 전압에서 상위 스위치소자(Q1b)가 오프함으로써, 고주파성 노이즈를 제거하게 된다.
그리고 B상에 유기된 자속을 제거해주어야 하는데 이러한 작용은 프리휠 다이오드(FRD4,FRD5)에서 해준다.
이상에서와 같은 동작은 C상에서도 마찬가지로 발생되고, 이것이 순차적으로 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.
이렇게 에스알엠 모터가 회전할 때 모터 권선에 흐르는 상전류는 도 3d에 도시한 바와같다.
따라서, 본 발명은 220V 전원을 직접 정류하여 에스알엠 모터에 공급해 줌으로써, 염가의 모터 전압 공급장치를 구성할 수 있고, 모터 권선의 상,하에 각각 연결된 스위치소자중 상위 스위치소자를 하위 스위치소자와 약간의 지연시간을 갖고 온시켜 줌으로써 고주파성 노이즈를 제거할 수 있도록 한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 커먼 인덕터와 커패시터를 통해 입력되는 220V 전원으로 부터 커먼 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부와, 상기에서 노이즈가 제거된 전원을 정류시켜 얻어진 직류전압을 모터로 공급하는 정류부와, 병렬로 N의 수 만큼 각각 연결되는 모터 권선에 상,하로 직렬연결된 상,하위 스위치소자와, 상기 상위 스위치소자의 베이스와 하위 스위치소자의 콜렉터 사이에 연결된 두 저항의 접속점과 상기 상위 스위치소자의 에머터에 연결되어 상위 스위치소자의 온/오프시 하위 스위치소자의 온/오프시점에 일정한 지연시간을 갖도록 하는 지연소자와, 모터의 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 베이스 구동부와, 상기에서 출력되는 회전자 위치신호에 따라 각 상의 신호를 상기 하위 스위치소자로 제공하는 마이크로 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 하는 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로.
  2. 제1항에 있어서, 지연소자는 커패시터인 것을 특징으로 하는 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로.
  3. 제1항에 있어서, 지연시간은 저항과 커패시터에 의한 시정수로 결정되는 것을 특징으로 하는 에스알엠 모터의 전원공급 및 구동회로.
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