KR100642171B1

KR100642171B1 - 모터의 로크 보호 회로, 집적 회로 및 모터의 로크 보호방법

Info

Publication number: KR100642171B1
Application number: KR1020040060048A
Authority: KR
Inventors: 사이또가즈히꼬; 오까다노리아끼
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-11-03
Also published as: TWI275239B; CN1284296C; CN1581672A; JP2005051870A; TW200507436A; KR20050014735A

Abstract

구동 코일로 전류가 공급되고 있는 모터가 정지한 로크 상태에 있어서 기동 펄스를 출력하는 기동 펄스 출력 회로를 갖는 로크 보호 회로이며, 기동 펄스를 계수하는 기동 펄스 계측 수단과, 계수의 결과에 따라서 로크 상태를 검출하는 로크 상태 검출 수단과, 로크 상태가 검출되면 구동 코일에의 전류를 차단하는 제어를 실행하는 구동 코일 전류 차단 제어 수단을 구비한다.

기동 펄스 출력 회로, 기동 카운터, 펄스 카운터, 로크 상태 검출 수단

Description

모터의 로크 보호 회로, 집적 회로 및 모터의 로크 보호 방법{LOCK PROTECTING CIRCUIT OF MOTOR, INTEGRATED CIRCUIT AND METHOD FOR PROTECTING LOCK OF MOTOR}

도1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 모터 구동 회로를 도시하는 회로 블럭도.

도2는 본 발명의 일실시 형태에 관한 로크 보호의 동작을 도시하는 흐름도.

도3은 본 발명의 일실시 형태에 관한 펄스 카운터의 구성예를 나타내는 회로 블럭도.

도4는 본 발명의 일실시 형태에 관한 로크 보호 동작을 실현하는 회로의 논리치를 나타내는 도표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : U상 구동 코일

4 : V상 구동 코일

6 : W상 구동 코일

52 : 무센서 로직 회로

58 : 기동 카운터

60 : 펄스 카운터

본 발명은 모터의 로크 보호 회로 및 집적 회로 및 모터의 로크 보호 방법에 관한 것이다.

냉각용 팬 등에 이용되는 모터가 로크 상태(회전 정지의 상태)에 빠진 경우, 모터 구동 코일의 전류를 차단하는 로크 보호 회로가 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-57793호 공보(특허 문헌 1)에 개시되어 있다. 이 로크 보호 회로에 있어서는, 상기 공보의 도1에 도시된 바와 같이 외부 부착의 콘덴서를 이용하고 있다. 즉, 로크 상태에 빠지면, 외부 부착 콘덴서가 충전되어 그 단자 전압이 소정치에 도달하면, 로크 상태로 판정되어 로크 보호 동작이 실행된다.

이 로크 보호 동작으로서는, 단순히 모터 구동 코일의 전류를 차단할 뿐만 아니라, 이 전류 차단 후의 재기동 동작도 행하는 경우가 있다. 즉, 전류를 차단한 후 재기동에 이르기까지의 시간(이후, 단순히「오프 기간」이라 칭함)도 외부 부착 콘덴서의 시정수에 따른 방전 시간을 갖고 설정하고 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 제2001-57793호 공보

상술한 종래의 기술에 있어서는, 특히 모터를 냉각용 팬 등에 이용하는 경우에는 긴 시간의 오프 기간을 확보할 필요가 있다. 이로 인해, 비교적 대용량의 콘 덴서를 외부 부착해야만 하고, 기판 면적이 커지는 동시에 비용 상승을 피할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 콘덴서의 용량이나 충전 전류 등의 변동에 의해 오프 기간이 불규칙해져 버려 정밀도가 좋은 오프 기간을 설정할 수 없는 문제점도 생기고 있었다.

본 발명에 관한 주된 발명에서는, 구동 코일로 전류가 공급되고 있는 모터가 정지한 로크 상태에 있어서 기동 펄스를 출력하는 기동 펄스 출력 회로를 갖는 로크 보호 회로이며, 상기 기동 펄스를 계수하는 기동 펄스 계측 수단과, 상기 계수의 결과에 따라서 상기 로크 상태를 검출하는 로크 상태 검출 수단과, 상기 로크 상태가 검출되면 상기 구동 코일에의 상기 전류를 차단하는 제어를 실행하는 구동 코일 전류 차단 제어 수단을 구비한다.

따라서, 모터의 로크 상태의 검출에 있어서, 외부 부착 콘덴서의 충방전 동작에 상관없이 기동 펄스를 계측함으로써 검출한다. 외부 부착 콘덴서를 사용하지 않으므로 회로 면적을 작게 할 수 있는 동시에 비용 절감을 도모할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 대해서는 첨부 도면 및 본 명세서의 기재에 의해 명백하게 한다.

=== 모터 구동 회로의 전체 구성 ===

도1의 회로 블럭도를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 모터의 구동 회로의 전체 구성에 대해 설명한다. 또, 이 구동 회로는 집적 회로의 형태로 실시된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 모터라 함은, 회전자 및 고정자의 상대 위치를 검지 하기 위한 소자(예를 들어, 홀 소자)를 갖지 않는 무센서 모터인 것이다. 도1에 도시한 바와 같이, U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)은 스타 결선되는 동시에, 120도의 전기각을 갖고 있어 무센서 모터에 고정 부착되어 있다.

U상 구동 코일(2)을 통전(전류의 공급)하기 위해, N 채널형 MOSFET(8)는 소스측의 트랜지스터이고, N 채널형 MOSFET(10)는 싱크측의 트랜지스터이다. N 채널형 MOSFET(8, 10)의 드레인 소스는 전원 Vp와 접지 사이에 직렬 접속되는 동시에, 이 드레인 소스 접속부는 U상 구동 코일(2)의 일단부와 접속되어 있다.

마찬가지로, V상 구동 코일(4)을 통전하기 위해 N 채널형 MOSFET(12)는 소스측의 트랜지스터이고, N 채널형 MOSFET(14)는 싱크측 트랜지스터이다. N 채널형 MOSFET(12, 14)의 드레인 소스는 전원 Vp와 접지 사이에 직렬 접속되는 동시에, 이 드레인 소스 접속부는 V상 구동 코일(4)의 일단부와 접속되어 있다.

또한, 마찬가지로 W상 구동 코일(6)을 통전하기 위해 N 채널형 MOSFET(16)는 소스측의 트랜지스터이고, N 채널형 MOSFET(18)는 싱크측의 트랜지스터이다. N 채널형 MOSFET(16, 18)의 드레인 소스는 전원 Vp와 접지 사이에 직렬 접속되는 동시에, 이 드레인 소스 접속부는 W상 구동 코일(6)의 일단부와 접속되어 있다.

그리고, 이들 N 채널형 MOSFET(8, 10, l2, 14, 16, 18)를 적절한 타이밍에 온 오프시킴으로써, U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)에 구동 전류가 흘러 무센서 모터의 회전자가 예를 들어 정방향으로 회전한다. 이 회전 동작에 있어서, U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)의 일단부에는 전기각 120도의 위상차를 갖는 구동 전압 Vu, Vv, Vw가 나타나는 동시에, U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)의 공통 접속부에는 중성점 전압 Vcom이 나타난다. 또, 구동 트랜지스터로서는, MOSFET 대신에 바이폴러 트랜지스터가 사용 가능하다.

절환 회로(20)는 U 단자, V 단자, W 단자를 갖고, U 단자, V 단자, W 단자에는 구동 전압 Vu, Vv, Vw가 공급된다. 절환 회로(20)는 U 단자, V 단자, W 단자를 전기각 60도의 타이밍에서 절환하여 구동 전압 Vu, Vv, Vw 중 어느 하나를 출력한다. 절환 회로(20)는 무센서 모터가 정회전할 때, U 단자, W 단자, V 단자의 순서로 반복하여 절환해 가는 한편, 무센서 모터가 역회전할 때에는 U 단자, V 단자, W 단자의 순서로 반복하여 절환해 간다.

콤퍼레이터(22)는 이 절환 회로(20)로부터 얻을 수 있는 구동 전압 Vu, Vv, Vw 중 어느 하나(＋단자)와 중성점 전압 Vcom(－단자)을 비교한다. 이에 의해, 콤퍼레이터(22)로부터는 전기각 60도의 타이밍에서 변화하는 직사각형의 비교 신호(CP)가 출력된다.

분배 회로(32)는 U 단자, V 단자, W 단자를 갖고, U 단자, V 단자, W 단자를 절환 회로(20)와 동일한 타이밍에서 절환하여 비교 신호(CP)를 출력한다. 또, 분배 회로(32)는 무센서 모터가 정회전할 때, U 단자, W 단자, V 단자의 순서로 반복하여 절환해 가는 한편, 무센서 모터가 역회전할 때에는 U 단자, V 단자, W 단자의 순서로 반복하여 절환해 간다.

분배 회로(32)의 U 단자로부터는 전기각 60도의 단편적인 신호를 얻을 수 있을 뿐이며, U상 구동 코일(2)을 통전하기 위한 전기각 120도의 신호가 결락하고 있 다. 마찬가지로, 분배 회로(32)의 V 단자로부터도 전기각 60도의 단편적인 신호를 얻을 수 있을 뿐이며, V상 구동 코일(4)을 통전하기 위한 전기각 120도의 신호가 결락하고 있다. 또한 마찬가지로, 분배 회로(32)의 W 단자로부터도 전기각 60도의 단편적인 신호를 얻을 수 있을 뿐이며, W상 구동 코일(6)을 통전하기 위한 전기각 120도의 신호가 결락하고 있다.

마스크 회로(34)는 분배 회로(32)의 U 단자로부터 얻게 되는 전기각 60도의 신호로부터 킥백 펄스에 대응하는 소음을 제거한다. 이 전기각 60도의 신호를 이용하여 U상 구동 코일(2)을 구동하기 위한 연속하는 마스크 신호(Umask)를 생성하여 출력한다. 마찬가지로, 분배 회로(32)의 V 단자로부터 얻을 수 있는 전기각 60도의 신호로부터 킥백 펄스에 대응하는 소음을 제거한다. 이 전기각 60도의 신호를 이용하여 V상 구동 코일(4)을 구동하기 위한 연속하는 마스크 신호(Vmask)를 생성하여 출력한다. 또한 마찬가지로, 분배 회로(32)의 W 단자로부터 얻게 되는 전기각 60도의 신호로부터 킥백 펄스에 대응하는 소음을 제거한다. 이 전기각 60도의 신호를 이용하여 W상 구동 코일(6)을 구동하기 위한 연속하는 마스크 신호(Wmask)를 생성하여 출력한다. 또, 마스크 신호(Umask, Vmask, Wmask)는 전기각 120도의 위상차를 갖는다.

합성 회로(38)는 마스크 회로(34)로부터 얻을 수 있는 마스크 신호(Umask, Vmask, Wmask)를 합성하여 전기각 60도의 타이밍에서 변화하는 직사각형의 합성 신호(FG)를 출력한다. 즉, 합성 신호(FG)는 비교 신호(CP)로부터 킥백 펄스를 기초로 하는 중량 펄스를 제거한 것이 된다.

위상 비교기(40), 필터(42), 버퍼(44), 전압 제어 발진기(46), 1/N 분주기(48)는 PLL 회로를 구성한다. 위상 비교기(40)는 합성 회로(38)로부터 얻을 수 있는 합성 신호(FG)와, 1/N 분주기(48)로부터 얻을 수 있는 분주 신호(DV)와의 위상차에 따른 펄스 폭을 갖는 전압 신호를 출력한다. 예를 들어, 위상 비교기(40)는 합성 신호(FG)의 위상이 분주 신호(DV)의 위상보다 진행되어 있는 상태에서는 정(正)의 전압 신호를 출력하는 한편, 합성 신호(FG)의 위상이 분주 신호(DV)의 위상보다 늦은 상태에서는 부(負)의 전압 신호를 출력한다. 이 전압 신호는 필터(42)로 적분된 후, 버퍼(44)를 거쳐서 전압 제어 발진기(46)에 공급된다. 이 전압 제어 발진기(46)는 버퍼(44)로부터 얻을 수 있는 전압 신호에 대응하는 주파수 신호(VCO)를 출력하여 1/N 분주기(48)에 공급한다. 이 동작을 반복함으로써, 합성 신호(FG)의 위상과 분주 신호(DV)의 위상은 일치한다.

무센서 로직 회로(52)는 U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)을 적절한 타이밍으로 통전하기 위한 신호를 출력한다. 무센서 로직 회로(52)는 무센서 모터 자체가 초기 상태에서의 회전자 및 고정자 사이의 상대 위치를 추정할 수 없는 것을 고려하여, 마스크 신호(Umask, Vmask, Wmask)의 미리 정해진 초기 레벨부터 동작한다. 그리고, 무센서 로직 회로(52)는 통전 신호(Ulogic1)가 "M" 레벨이 되는 기간, 절환 회로(20)의 U 단자와 분배 회로(32)의 U 단자를 선택하기 위한 신호를 출력한다. 마찬가지로, 무센서 로직 회로(52)는 통전 신호(Vlogic1)가 "M" 레벨이 되는 기간, 절환 회로(20)의 V 단자와 분배 회로(32)의 V 단자를 선택하기 위한 신호를 출력한다. 또한 마찬가지로, 무센서 로직 회로(52)는 통전 신호(Wlogic1)가 "M" 레벨이 되는 기간, 절환 회로(20)의 W 단자와 분배 회로(32)의 W 단자를 선택하기 위한 신호를 출력한다. 그리고, 무센서 로직 회로(52)는 통전 신호(Ulogic1, Vlogic1, Wlogic1)에 대해 지연되는 통전 신호(Ulogic2, Vlogic2, Wlogic2)를 작성하여 출력한다.

정역 회로(54)는 무센서 모터의 브레이크 및 회전 방향의 역전의 동작을 실행시키기 위한 구동 신호를 생성하여 출력한다. 즉, 정역 회로(54)는 외부 장치 등으로부터 공급되는 브레이크 지시 신호를 기초로 하여 역전 토크 브레이크 구동 신호를 출력한다.

기동 카운터(58)(기동 펄스 출력 회로)는 무센서 모터가 로크 상태(회전자의 회전 정지의 상태)에 빠진 경우 등, 소정의 회전수에 이르지 않는 상태에 있어서 합성 신호의 전기각 60도의 타이밍을 기준으로 하여 계수를 행하고, 소정치를 계수하였을 때, 기동 펄스를 생성하여 출력한다. 그리고, 이 기동 펄스를 펄스 카운터(기동 펄스 계측 수단)(60)가 받는다. 펄스 카운터(60)는 기동 펄스를 계수하고, 그 결과를 무센서 로직 회로(52)에 출력한다. 이 무센서 로직 회로(로크 상태 검출 수단)(52)는 받은 계수 결과에 따라 로크 상태인 것을 검출한다.

=== 로크 보호 ===

종래 기술의 항에서 설명한 무센서 모터가 로크 상태(회전자의 회전 정지 상태)에 빠진 경우 등, 원하는 회전수에 이르지 않는 상태의 검출 및 보호의 구조 및 동작에 대해 도2의 흐름도에 따라서 도1의 회로 블럭도를 참조하면서 설명한다.

우선, 상술한 바와 같이 회전자가 회전 정지의 상태가 되면 기동 카운터(58) 는 기동 펄스를 생성하여 출력한다(S100 : 예 → S200). 이 기동 펄스를 펄스 카운터(60)가 계수한다(S300). 이 기동 펄스의 수(n)(n은 자연수)가 예를 들어 10 미만이면, 비로크(언로크) 상태로서 펄스 카운터(60)는 기동 펄스의 계수를 속행한다(S400 : 예 → S300). 반대로, 기동 펄스의 수(n)가 10을 초과한 경우(S400 : 아니오)에는 무센서 로직 회로(구동 코일 전류 차단 제어 수단)(52)는 로크 상태에 있다고 판정하고, U상 구동 코일(2), V상 구동 코일(4), W상 구동 코일(6)에의 전류를 차단하는 등 로크 보호의 제어를 실행한다. 즉, 무센서 로직 회로(52)는 각 구동 코일(2, 4, 6)을 통전하기 위한 신호의 출력을 정지한다. 또, 후술하는 바와 같이 펄스 카운터(60)의 구성을 설정함으로써, 로크 상태라 판단하는 지표가 되는 시간[기동 펄스의 수(n) ＝ 10]은 적절하게 변경 가능하다.

그리고, 이 로크 보호 제어를 실행 후, 소정의 시간이 경과한 후, 즉 기동 펄스의 수(n)가 100에 이른 경우(S600 : 예)에는, 무센서 로직 회로(52)(재기동 수단)는 로크 해제 상태에 이르렀다고 일단 추정을 행하는 동시에, 로크 상태가 되어 가열한 가능성이 있는 무센서 모터가 충분히 차가워졌다고 간주하여, 각 구동 코일(2, 4, 6)에의 전류의 공급을 재개하는 제어를 실행한다. 즉, 무센서 로직 회로(52)는 각 코일(2, 4, 6)을 통전하기 위한 신호의 출력을 재개하여 상술한 S100의 처리로 복귀된다. 구체적으로는, 무센서 로직 회로(52)는 마스크 신호(Umask, Vmask, Wmask)의 레벨을 다음의 전기각 60도의 레벨로 변경한다. 이에 의해, 무센서 모터는 재기동된다. 또, 후술하는 바와 같이 펄스 카운터(60)의 구성을 설정함으로써, 각 코일(2, 4, 6)에의 전류를 차단하는 원하는 로크 보호 시간[재기동까지 의 오프 시간, 기동 펄스의 수(n) ＝ 10O]은 적절하게 변경 가능하다.

=== 펄스 카운터의 구성예 ===

상술한 펄스 카운터(60)의 구성은 어디까지나 일예에 대해 참고로 하며, 도3의 블럭도를 참조하여 간단하게 설명한다. 편의상, 파선으로 둘러싸인 펄스 카운터(60)와 협동하는 무센서 로직 회로(52)의 일부 구성 회로 부분[인버터, AND 회로, 정전류 회로, 풀 업 저항(R) 및 NPN형 바이폴러 트랜지스터]도 도3에 기재되어 있다. 펄스 카운터(60)는, 도3에 도시한 바와 같이 기동 펄스나 리셋트 신호가 입력되는 D형 플립플럽이 복수개 접속되어 구성된다. 즉, D 단자와 반전 Q 단자를 단락한 D형 플립플럽이 캐스케이드 접속되어 있고, 분주 회로로서 동작한다. 도2를 참조하여 상술한 로크 상태라 판단하는 지표가 되는 시간[기동 펄스의 수(n) ＝ 10]을 설정하는 데 있어서, 도3의 D형 플립플럽을 J개(J는, 예를 들어 "8" 등의 자연수) 준비한다. 또한, 각 코일(2, 4, 6)에의 전류를 차단하는 원하는 로크 보호 시간[기동 펄스의 수(n) ＝ 100]을 설정하는 데 있어서, 도3의 D형 플립플럽을 (J+ K)개(K는, 예를 들어 "64" 등의 자연수) 준비한다.

도3에 도시한 바와 같이, 인버터에 입력되는 신호 A, AND 회로에 입력되는 2개의 신호 B, C, 및 AND 회로의 출력 신호 D는 도4의 논리치를 나타내는 도표에 나타낸 바와 같이 리셋트 상태, 로크 상태 및 기동(재기동)에 따른 값("H" 혹은 "L")이 된다. 이들 신호 A 내지 D의 값에 따라서 NPN형 트랜지스터의 컬렉터로부터 각 코일(2, 4, 6)에의 전류 공급을 제어하기 위한 신호가 공급된다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 그 실시 형태를 기초로 하여 구체적으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능이다.

본 실시 형태에서는 다음의 작용 효과를 발휘한다.

모터의 로크 상태의 검출에 있어서, 외부 부착 콘덴서의 충방전 동작에 관계없이 기동 펄스를 계측함으로써 검출한다. 따라서, 외부 부착 콘덴서가 불필요해진다.

외부 부착 콘덴서를 이용하지 않고 기동 펄스를 계측한다. 따라서, 기동 펄스의 계측 결과에 대한 소정치를 갖고 재기동까지의 오프 시간을 결정할 수 있다. 따라서, 외부 부착 콘덴서의 아날로그치인 방전 시간을 갖고 재기동까지의 오프 시간을 결정하는 경우에 비해 정밀도가 높은 오프 시간을 확보할 수 있다.

기동 펄스의 계측 결과에 대한 소정치를 갖고, 재기동까지의 오프 시간이 설정 가능하다. 따라서, 외부 부착 콘덴서를 이용한 경우에 비해 오프 시간의 설정 변경이 간편해진다.

외부 부착 콘덴서를 사용하지 않으므로, 회로 면적을 작게 할 수 있는 동시에 비용 저감을 도모할 수 있다.

Claims

구동 코일로 전류가 공급되고 있는 모터가 정지한 로크 상태에 있어서 기동 펄스를 출력하는 기동 펄스 출력 회로를 갖는 로크 보호 회로이며,

상기 기동 펄스를 계수하는 기동 펄스 계측 수단과,

상기 계수의 결과에 따라서 상기 로크 상태를 검출하는 로크 상태 검출 수단과,

상기 로크 상태가 검출되면 상기 구동 코일에의 상기 전류를 차단하는 제어를 실행하는 구동 코일 전류 차단 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터의 로크 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 구동 코일에의 상기 전류를 차단하는 상기 제어를 실행 후, 상기 기동 펄스 계측 수단에 의한 상기 계수의 결과가 소정치에 도달하면, 상기 구동 코일에의 상기 전류의 공급을 재개하는 제어를 실행하는 재기동 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 모터의 로크 보호 회로.
제2항에 있어서, 상기 소정치는 상기 구동 코일에의 상기 전류를 차단하는 원하는 시간에 따라서 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터의 로크 보호 회로.
모터의 구동 코일로의 전류의 공급을 제어하는 구동 회로로서의 집적 회로이며, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 로크 보호 회로가 집적화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적 회로.
구동 코일로 전류가 공급되고 있는 모터가 정지한 로크 상태에 있어서 출력되는 기동 펄스를 계수하고,

상기 계수의 결과에 따라서 상기 로크 상태를 검출하고,

상기 로크 상태가 검출되면 상기 구동 코일에의 상기 전류를 차단하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 모터의 로크 보호 방법.