KR100486966B1 - 브러쉬레스 ｄｃ모터 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치에 관한 것으로서, 외부로부터 인가되는 정(+)/부(-)의 DC 전원을 정(+)전압으로 조정하여 브러쉬레스 모터 구동 드라이버로 인가하고, 별도의 부가회로 없이 외부로부터 인가된 정(+) 또는 부(-)의 DC전원과 동일한 DC 전원을 이용해 방향신호를 생성하여 구동 로직부로 출력시킴으로서, 상기 구동 드라이버로는 정(+)의 DC전원 전압만이 인가되도록 하여 모터의 회전 방향을 전환하기 위해 외부로부터 부(-)의 DC전원 전압이 인가되더라도 종래와 같이 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버의 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

Description

브러쉬레스 ＤＣ모터 구동 장치{Apparatus for driving brushless DC motor}

본 발명은 외부로부터 인가되는 정(+)/부(-)의 DC 전원을 정(+)전압으로 조정하여 브러쉬레스 모터 구동 드라이버로 인가하고, 별도의 부가회로 없이 외부로부터 인가된 정(+) 또는 부(-)의 DC전원과 동일한 DC 전원을 이용해 방향신호를 생성하여 구동 로직부로 출력시킴으로서, 모터의 회전 방향을 전환하기 위해 외부로부터 부(-)의 DC전원 전압이 인가되더라도 상기 구동 드라이버로 정(+)의 DC전원 전압만이 인가되도록 하여 종래와 같이 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버의 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 하는 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치에 관한 것이다.

기존의 DC 모터가 구조적으로 정류자와 브러쉬의 마찰에 의해 발생되는 신뢰성의 저하, 수명 단축, 그에 따른 유지 보수의 필요성이 대두되어 개선이 요구됨에 따라 최근에는 전자 소자를 이용한 전자 스위칭 방식의 브러쉬레스 DC 모터로 대체되어 가고 있다.

브러쉬레스 DC(BLDC) 모터는 반도체 소자를 이용한 스위칭 방식으로 수명이 길고, 고 에너지밀도를 갖는 마그네트를 이용하여 고효율 및 소형화에 유리하고, 변속제어가 용이하다는 등의 장점이 있어 그 수요가 날로 증대되어 가고 있는 실정이다.

이러한 종래의 브러쉬레스 DC 모터를 구동시키기 위한 장치는 도 1a에서와 같이 전원 단자를 통해 외부로부터 인가되는 전원 전압에 따라 모터 구동부(100)가 브러쉬레스 DC 모터의 속도만을 가감속할 수 있거나, 또는 도 1b에서와 같이 모터의 방향을 제어하기 위해 전원 단자와는 별도로 방향 제어 단자를 구비하고 그 방향 제어 단자를 통해 인가되는 별도의 DC전원을 통해 모터 구동부(100)가 브러쉬레스 모터의 회전 방향까지도 조절할 수 있는 것이 있다.

하지만, 도 1a의 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치는 방향 제어가 어렵고, 방향 제어를 위해 역방향의 전원 전압을 인가하게 되면 모터가 동작되지 않거나 모터 구동부의 회로를 손상시키게 되며, 도 1b의 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치는 전원 단자와는 별도로 방향 제어 단자를 따로 구비해야 하고, 아울러 그 방향 제어 단자를 통해 인가되는 전원 전압에 따라 모터의 회전 방향을 바꾸기 위한 별도의 복잡한 회로가 부가적으로 필요하게 되는 문제점이 발생된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 별도의 방향 제어 단자 없이 전원 단자로 인가되는 DC전원 전압만을 이용해 구동 회로의 손상 없이 브러쉬레스 DC 모터를 구동시키면서, 그 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향까지도 조절할 수 있는 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치는 입력 신호를 논리 연산 처리하여 그에 대응되는 로직 신호를 출력하는 구동 로직부(110), 구동 로직부(110)에서 출력하는 로직 신호에 따라 브러쉬레스 DC 모터를 구동하는 구동 드라이버(120)로 이루어지는 종래의 브러쉬레스 DC 모터 구동장치에, 외부로부터 인가되는 정(+)/부(-)의 DC 전원을 정(+)전압으로 조정하여 상기 구동 드라이버(120)로 인가하는 정전압 조정부(210)와, 상기 정(+) 또는 부(-)의 DC전원을 이용해 상기 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향을 정회전 또는 역회전으로 각기 제어하는 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부(110)로 출력하는 방향신호발생부(220)를 포함하여 이루어진다.

이렇게 이루어지는 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치에서, 먼저, 정전압 조정부(210)는 외부로부터 인가되는 정(+) 또는 부(-)의 DC 전원을 일정하게 정(+) 전압으로 조정하여 상기 구동 드라이버(120)로 인가한다.

그 결과, 외부로부터 인가되는 전원이 정(+)전압이건 부(-)전압이건 상기 구동 드라이버로는 정(+) 전압만이 인가되기 때문에, 모터의 회전 방향을 변환할 때 외부로부터 부(-)의 DC전원이 인가되더라도 종래와 같이 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버 회로의 손상을 방지할 수 있게 된다.

다음, 상기 방향신호발생부(220)는 외부로부터 인가되는 정(+) 또는 부(-)의 DC전원을 이용해 상기 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향을 정회전 또는 역회전으로 각기 제어하는 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부(110)로 출력한다.

즉, 상기 방향 신호 발생부(220)는 외부로부터 정(+)의 DC전원이 인가되면, 상기 브러쉬레스 모터의 회전 방향을 정회전으로 제어하는 제 1 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부(110)로 출력하고, 이와 달리, 외부로부터 부(-)의 DC 전원이 인가되면, 상기 브러쉬레스 모터의 회전 방향을 역회전으로 제어하는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부(110)로 출력한다.

상기 방향신호발생부(220)는 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 정(+) 또는 부(-)의 DC전원에 따라 단락 또는 개방하는 스위칭부(221)와, 상기 스위칭부(221)의 단락 또는 개방에 따라 상기 브러쉬레스 모터의 회전 방향을 각기 정회전 또는 역회전으로 제어하는 일정 레벨의 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부(110)로 출력하는 전압 레벨 조정부(222)로 이루어진다.

이렇게 이루어지는 방향 신호 발생부(220)에서, 상기 스위칭부(221)는 외부로부터 인가되는 DC전원 전압에 따라 스위칭되는데, 즉, 외부로부터 정(+)의 DC전원 전압이 인가되면 단락되고, 부(-)의 DC전원 전압이 인가되면 개방된다.

그리고, 전압 레벨 조정부(222)는 상기 스위칭부(221)의 단락 또는 개방에 따라 각기 정(+) 또는 부(-)의 DC전원을 일정 레벨로 조정하고, 그 조정에 따라 생성된 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 상기 구동 로직부로 출력하는데, 상기 제 1 방향 신호와 제 2 방향 신호는 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향을 각기 정회전 또는 역회전으로 제어하도록 한다.

전술한 방향 신호 발생부(222)는 종래와 같이, 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향을 전환하기 위해서 또 다른 부가 회로가 필요하지 않으며, 전원을 역방향으로 연결, 즉 부(-)의 DC전원을 인가한다 하더라도 상기 정전압 조정부를 통해 부(-)의 DC전원이 상기 구동 드라이버로 인가되지 않도록 함으로서, 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 3은 도 2의 정전압 조정부(210)를 예로 들어 도시한 도면이다.

상기 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 정전압 조정부(210)는 예컨대 4개의 다이오드가 브릿지 형태로 구현된 브릿지 다이오드를 사용한다.

제 1 단자와 제 2 단자에 각기 정(+)과 부(-)의 순방향 DC전원이 인가되면, 정(+)의 DC전원은 D1으로 표시된 다이오드의 문턱 전압만큼 전압 강하되고, 정(+)의 DC전원에서 문턱 전압만큼 전압 강하된 정(+)의 DC전원 전압이 상기 구동 드라이버로 인가되고, 이와 달리 제 1 단자와 제 2 단자에 각기 부(-)와 정(+)의 역방향 DC전원이 인가되면, 정(+)의 DC전원은 D2로 표시된 다이오드의 문턱 전압만큼 전압 강하되고, 그 인가된 정(+)의 DC전원에서 문턱 전압만큼 전압 강하된 정(+)의 DC전원 전압이 상기 구동 드라이버로 인가된다.

그 결과, 상기 외부로부터 인가된 DC 전원이 순방향의 DC 전원이던, 역방향의 DC전원이던간에 상기 구동 드라이버로는 정(+)의 DC전원 전압만이 인가되기 때문에 모터의 회전 방향을 변환시키기 위하여 외부로부터 역방향의 DC전원 즉, 도 3에서와 같이, 제 1 단자에 부(-)의 DC전원 전압을, 제 2 단자에 정(+)의 DC전원 전압을 인가하더라도 종래와 같이 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버 회로의 손상을 방지할 수 있게 된다.

다음, 도 4는 도 2의 방향신호발생부(220)를 예로 들어 상세하게 도시한 회로도로서, 이에 도시한 바와 같이, 상기 방향신호발생부(220)의 스위칭부(221)는 직렬로 연결된 저항(Rs)과 다이오드(D5)로 이루어지고, 상기 전압 레벨 조정부(222)는 제너 다이오드로 이루어진다.

이렇게 이루어지는 방향신호발생부에서, 상기 D5로 표시된 다이오드는 외부로부터 인가되는 DC전원 전압에 따라 스위칭 동작을 수행하는데, 즉, 외부로부터 정(+)의 DC전원 전압이 인가되면 단락되고, 부(-)의 DC전원 전압이 인가되면 개방된다.

그리고, 제너 다이오드는 상기 다이오드(D5)의 단락 또는 개방에 따라 각기 정(+) 또는 부(+)의 DC전원을 일정 레벨로 조정하여 상기 브러쉬레스 모터의 회전 방향을 각기 정회전 또는 역회전으로 제어하는 순방향의 제 1 방향 신호 또는 역방향의 제 2 방향 신호를 상기 구동 로직부로 출력한다.

한편, 도 5는 도 2의 구동 드라이버를 예로 들어 도시한 도면으로서, 이에 도시한 바와 같이, 상기 구동 드라이버는 T1 ~ T6의 여섯 개의 트랜지스터로 이루어지고, 각 트랜지스터의 베이스는 구동 로직부와 각기 연결되며, 연결된 구동 로직부는 방향신호발생부에서 출력한 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호에 따라 기설정된 논리 연산을 수행하여 그에 대응되는 구동 드라이버 신호를 상기 T1 ~ T6으로 표시된 트랜지스터의 베이스에 출력하게 되는데, 상기 도 5는 모터의 구동 방식 중에서 3상 전파구동 방식을 구현한 회로의 일예에 불과하며, 이외에도 다양한 구동 방식을 구현한 회로가 적용될 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치는 외부로부터 인가되는 정(+)/부(-)의 DC 전원을 정(+)전압으로 조정하여 모터를 구동하는 구동 드라이버로 인가하고, 상기 정(+) 또는 부(-)의 DC전원을 이용해 상기 브러쉬레스 DC 모터의 회전 방향을 정회전 또는 역회전으로 각기 제어하는 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 드라이버를 제어하는 구동 로직부로 출력시킴으로서, 외부로부터 인가된 DC 전원이 순방향의 DC 전원이던, 역방향의 DC전원이던간에 상기 구동 드라이버로는 정(+)의 DC전원 전압만이 인가되기 때문에 모터의 회전 방향을 변환시키기 위하여 별도의 부가 회로를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 외부로부터 부(-)의 DC전원 전압이 인가되더라도 종래와 같이 모터가 동작되지 않거나 구동 드라이버의 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1a와 도 1b는 일반적인 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치를 도시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 브러쉬레스 DC모터 구동 장치를 도시한 도면

도 3은 도 2의 정전압조정부를 예로 들어 도시한 도면

도 4는 도 2의 방향신호발생부를 예로 들어 도시한 도면

도 5는 도 2의 구동 드라이버를 예로 들어 도시한 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 구동 로직부 120 : 구동 드라이버

210 : 정전압 조정부 220 : 방향신호발생부

221 : 스위칭부 222 : 전압레벨조정부

Claims (4)

1. 입력 신호를 논리 연산 처리하여 그에 대응되는 로직 신호를 출력하는 구동 로직부, 구동 로직부에서 출력하는 로직 신호에 따라 브러쉬레스 DC 모터를 구동하는 구동 드라이버로 이루어지는 브러쉬레스 DC 모터 구동장치에 있어서,

   외부로부터 인가되는 정(+)/부(-)의 DC 전원을 정(+)전압으로 조정하여 상기 구동 드라이버로 인가하는 정전압 조정부; 및

   상기 정(+) 또는 부(-)의 DC 전원을 이용하여 상기 브러쉬레스 모터의 회전 방향을 정회전 또는 역회전 시키기 위한 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향 신호를 생성하여 상기 구동 로직부로 출력하는 방향신호발생부를 포함하며,

   상기 방향신호발생부는 상기 정(+) 또는 부(-)의 DC전원에 따라 단락 또는 개방하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 단락 또는 개방에 따라 정(+) 또는 부(-)의 DC 전원을 일정 레벨로 조정하고, 그 조정에 따라 생성된 상기 제 1 방향 신호 또는 제 2 방향신호를 상기 구동 로직부로 출력하는 전압 레벨 조정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 정전압 조정부는;

   다이오드로 구성된 브릿지 회로인 것을 특징으로 하는, 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭부는;

   직렬로 연결된 저항과 다이오드로 이루어지고,

   상기 전압 레벨 조정부는;

   제너 다이오드인 것을 특징으로 하는 브러쉬레스 DC 모터 구동 장치.