KR100738889B1

KR100738889B1 - Apparatus for driving a dc motor

Info

Publication number: KR100738889B1
Application number: KR1020050027628A
Authority: KR
Inventors: 이요한; 김상영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2007-07-12
Also published as: KR20060105183A

Abstract

본 발명은 전원 위상 감지가 필요 없는 DC모터 반파 구동제어장치에 관한 것으로, 상기 DC모터 반파 구동제어장치는,The present invention relates to a DC motor half-wave drive control device that does not require a power supply phase detection, the DC motor half-wave drive control device,

교류 입력전원의 정(+)전압 구간에서 모터를 정회전시키기 위한 정전압 구동부와; 상기 교류 입력전원의 부(-)전압 구간에서 상기 모터를 역회전시키기 위한 부전압 구동부와; 상기 정전압 구동부와 부전압 구동부중 어느 하나를 활성화시켜 상기 모터의 구동을 제어하는 스위칭 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.A constant voltage driver for forward rotation of the motor in a positive voltage section of the AC input power; A negative voltage driving unit for reversely rotating the motor in a negative voltage section of the AC input power source; And a switching controller for activating any one of the constant voltage driver and the negative voltage driver to control the driving of the motor.

정/역제어, 반파정류, 전원 위상. Forward / reverse control, half-wave rectification, power phase.

Description

DC motor half-wave drive control device and vacuum cleaner including the device {APPARATUS FOR DRIVING A DC MOTOR}

도 1은 일반적인 H 브리지형 모터 드라이버의 구성 예시도.1 is an exemplary configuration diagram of a general H-bridge type motor driver.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치의 구체적인 회로 구성도.Figure 2 is a specific circuit diagram of a DC motor half-wave drive control apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 1에 도시한 DC모터 반파 구동제어장치의 등가회로도.3 is an equivalent circuit diagram of the DC motor half-wave driving control device shown in FIG.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍 예시도.Figure 4 is an exemplary timing diagram for explaining the operation of the DC motor half-wave drive control apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 모터 구동제어장치에 관한 것으로, 특히 전원 위상 감지가 필요 없는 DC모터 반파 구동제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a motor drive control device, and more particularly to a DC motor half-wave drive control device that does not require power supply phase detection.

일반적으로 모터에 가하는 전압의 극성에 따라 모터는 정회전 또는 역회전한다. 단일 전원으로 모터에 가하는 전압의 방향을 바꿀 수 있는 회로로 개발된 것이 바로 "H 브리지형 모터 드라이버"이다. 이러한 "H 브리지형 모터 드라이버"의 개략적인 구성을 도 1에 도시하였다.In general, the motor rotates forward or reverse depending on the polarity of the voltage applied to the motor. It is the "H-bridge type motor driver" developed as a circuit that can change the direction of the voltage applied to the motor with a single power supply. A schematic configuration of this "H bridge type motor driver" is shown in FIG.

도 1에서 보듯이, 일반 H 브리지형 모터 드라이버는 모터(M)를 중심으로 H 브리지 타입으로 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q4)가 설치되어 있고, 이들 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q4)를 제어하여 상기 모터(M)를 정회전 및 역회전시키는 두 개의 정/역 출력 구동부(1A,1B)를 포함하고 있다. 또한 모터의 정회전 및 역회전 동작 사이에 모터(M)를 정지시키기 위한 브레이크 구동부(2A, 2B) 역시 모터 드라이버의 일 구성요소라 할 수 있다.As shown in Fig. 1, the general H-bridge type motor driver is provided with switching transistors Q1 to Q4 in the H bridge type around the motor M, and controls the switching transistors Q1 to Q4 to control the motor ( Two forward / reverse output drivers 1A, 1B for forward and reverse rotation of M) are included. In addition, the brake driving units 2A and 2B for stopping the motor M between the forward and reverse rotation operations of the motor may also be referred to as one component of the motor driver.

이와 같이 구성되는 H 브리지형 모터 드라이버에서 스위칭 트랜지스터 Q1과 Q4만을 "스위칭 온"하면 전류는 Q1→모터→Q4를 통해 흐름으로서 모터(M)는 정회전 하게 되고, 반대로 스위칭 트랜지스터 Q3와 Q2만을 동시에 "스위칭 온"하면 전류는 Q3→모터→Q2를 통해 흘러 모터(M)는 역회전하게 된다. 스위칭 트랜지스터 Q1과 Q3만을 "스위칭 온"시키면 모터(M)를 브레이킹시킬 수 있다.In the H-bridge type motor driver configured as described above, when only switching transistors Q1 and Q4 are "switched on", current flows through Q1-> motor-> Q4, and the motor M rotates forward. On the contrary, only switching transistors Q3 and Q2 are simultaneously operated. When it is "switched on", current flows through Q3-> motor-> Q2 and motor M reverses. By "switching on" only the switching transistors Q1 and Q3, the motor M can be broken.

상술한 바와 같이 일반 H 브리지형 모터 드라이버를 사용하여 모터를 구동제어하는 경우에는 4개의 능동 스위치를 제어해야 하기 때문에 그 제어가 복잡한 단점이 있으며, 4개의 능동 스위치 사용과 그 스위치를 제어하기 위한 회로구성이 필요한 관계로 시스템 구조가 복잡해짐은 물론 시스템 단가가 상승되는 결과를 초래하는 문제점이 있다.As described above, in the case of driving control of a motor using a general H-bridge type motor driver, the control is complicated because four active switches must be controlled, and the four active switches are used and a circuit for controlling the switches is used. Due to the need for configuration, the system structure becomes complicated and the system cost increases.

참고적으로 트라이액(triac)을 사용하여 전원 위상 감지결과에 따라 모터(M)를 정방향 혹은 역방향으로 구동하는 시스템도 소개되고는 있으나, 이 역시 전원 위상을 감지하기 위한 별도의 구성을 필요로 하기 때문에 시스템 구조를 단순화시킴은 물론 시스템 단가를 낮추는데 한계가 있다.For reference, a system using a triac to drive the motor M in a forward or reverse direction according to a power phase detection result has been introduced, but this also requires a separate configuration for detecting a power phase. Therefore, there is a limit in simplifying the system structure and lowering the system cost.

이에 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구성을 단순화하되 전원 위상의 감지 없이 DC모터의 구동을 제어할 수 있는 DC모터 반파 구동제어장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC motor half-wave drive control device that can be designed to solve the above-described problems, simplifying the configuration, but can control the driving of the DC motor without sensing the power supply phase.

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 전원 위상의 감지 없이 DC모터의 구동을 제어할 수 있는 DC모터 반파 구동제어장치를 포함하는 청소기를 제공함에 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a cleaner including a DC motor half-wave driving control device that can control the driving of the DC motor without sensing the power supply phase.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치는,DC motor half-wave drive control apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,

교류 입력전원의 정(+)전압 구간에서 모터를 정회전시키기 위한 정전압 구동부와;A constant voltage driver for forward rotation of the motor in a positive voltage section of the AC input power;

상기 교류 입력전원의 부(-)전압 구간에서 상기 모터를 역회전시키기 위한 부전압 구동부와;
상기 정전압 구동부 및 부전압 구동부를 스위칭하기 위한 소자 보호용 다이오드가 결합된 적어도 하나 이상의 스위칭부와;A negative voltage driving unit for reversely rotating the motor in a negative voltage section of the AC input power source;
At least one switching unit coupled with a device protection diode for switching the constant voltage driver and the negative voltage driver;

상기 정전압 구동부와 부전압 구동부 중 어느 하나를 활성화시켜 상기 모터의 구동을 제어하기 위해 상기 스위칭부를 제어하는 스위칭 제어부;를 포함함을 특징으로 한다.And a switching controller configured to control the switching unit to control the driving of the motor by activating any one of the constant voltage driver and the negative voltage driver.

더 나아가 상기 정전압 구동부와 부전압 구동부 각각은,Furthermore, each of the constant voltage driver and the negative voltage driver,

교류 입력전원단과 일측이 접속되어 있는 모터의 타측과 나머지 교류 입력전원단 사이에 직렬 접속되는 제1 및 제2다이오드를 포함하며,A first diode and a second diode connected in series between the other side of the motor to which the AC input power terminal and one side are connected and the remaining AC input power terminal,

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상기 반파 구동제어장치는 상기 스위칭부 각각의 스위칭 오프시에 발생하는 모터의 역기전력에 의한 에너지를 프리휠링(freewheeling)시키기 위한 다이오드들;을 더 포함한다.The half-wave driving control device further includes diodes for freewheeling energy due to back electromotive force of the motor generated when each of the switching units is switched off.

그리고 상기 스위칭부들 각각은 하나의 능동 스위치 소자로 구성되되, 각각의 능동 스위치 소자에는 소자 보호용 다이오드가 더 결합되어짐을 특징으로 한다.Each of the switching units includes one active switch element, and a diode for device protection is further coupled to each active switch element.

상술한 바와 같은 본 발명의 구성상 특징에 따르면, 정전압 구동부와 부전압 구동부내에 구비되는 스위칭부가 각각 스위칭 온되어 있는 동안 모터에는 반파정류된 정(+)전압 혹은 부(-)전압이 인가되기 때문에, 전원의 위상 감지 없이도 모터를 정회전시키거나 역회전시킬 수 있다.According to the structural feature of the present invention as described above, since the half-wave rectified positive voltage or negative voltage is applied to the motor while the switching units provided in the constant voltage driver and the negative voltage driver are switched on, respectively. In addition, the motor can be rotated forward or reverse without sensing the phase of the power supply.

아울러 H-브리지 대신에 두 개의 능동 스위치만을 채용하여 DC모터를 정회전시키거나 역회전시킬 수 있기 때문에, 모터구동제어장치의 구성을 단순화시킴으로서 경박단소한 제품을 구현할 수 있게 되는 것이다.In addition, the DC motor can be rotated forward or reverse by employing only two active switches instead of the H-bridge, thereby simplifying the configuration of the motor drive control device.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 참고로 하기에서 설명될 DC모터 반파 구동제어장치는 셀프 프로펠 기능을 가지는 청소기 등에 탑재되어 사용될 수 있음을 미리 밝혀 두고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. For reference, the DC motor half-wave driving control device to be described below will be disclosed in advance that it can be mounted on a cleaner having a self propel function.

우선 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치의 구체적인 회로 구성도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2에 도시한 DC모터 반파 구동제어장치의 등가회로도를, 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도를 각각 예시한 것이다.First, FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of a DC motor half-wave driving control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the DC motor half-wave driving control device shown in FIG. 2, and FIG. The timing diagrams for explaining the operation of the DC motor half-wave driving control apparatus according to the embodiment of the present invention are illustrated respectively.

도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치는 크게 부하에 해당하는 DC모터(M), 그리고 정전압 구동부와 부전압 구동부 및 스위칭 제어부(30)를 기본적으로 포함한다.Referring to FIG. 2, first, a DC motor half-wave driving control apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention basically includes a DC motor M corresponding to a load, and a constant voltage driver, a negative voltage driver, and a switching controller 30. .

이러한 구성의 DC모터 반파 구동제어장치에 있어서 정전압 구동부는 교류 입력전원의 정(+)전압 구간에서 모터(M)를 정회전시키기 위한 구성으로서, 교류 입력전원단(AC)에 일측이 접속된 모터(M)의 타측과 나머지 교류 입력전원단 사이에 직렬 접속되는 다이오드 D1,D2를 포함한다. 더 나아가 상기 스위칭 제어부(30)의 제어에 따라 상기 다이오드 D1, D2의 접속경로를 단속하는 스위칭부 Qa를 더 포함할 수 있다. 여기서 스위칭부 Qa는 정전압 구동부에 포함할 수도 있고 별도의 스위칭부로 구현하는 것도 가능하며, 이것은 설계상의 하나의 선택 사항에 불과하다.In the DC motor half-wave driving control device having such a configuration, the constant voltage driving unit is a configuration for forward rotation of the motor M in the positive voltage section of the AC input power, and a motor having one side connected to the AC input power terminal AC. And diodes D1 and D2 connected in series between the other side of M and the remaining AC input power supply terminals. Furthermore, the switching unit Qa may further include a switching unit Qa for controlling the connection paths of the diodes D1 and D2 under the control of the switching controller 30. Here, the switching unit Qa may be included in the constant voltage driving unit or may be implemented as a separate switching unit, which is only one option of design.

한편 부전압 구동부는 교류 입력전원의 부(-)전압 구간에서 모터(M)를 역회전시키기 위한 구성으로서, 교류 입력전원단(AC)에 일측이 접속된 모터(M)의 타측과 나머지 교류 입력전원단 사이에 직렬 접속되는 다이오드 D3,D4를 포함한다. 더 나아가 상기 스위칭 제어부(30)의 제어에 따라 상기 다이오드 D3, D4의 접속경로를 단속하는 스위칭부 Qb를 더 포함할 수 있다. 여기서 스위칭부 Qb는 부전압 구동부에 포함할 수도 있고 별도의 스위칭부로 구현하는 것도 가능하며, 이것은 설계상의 하나의 선택 사항에 불과하다.On the other hand, the negative voltage driving unit is configured to reversely rotate the motor M in the negative voltage section of the AC input power, and the other side of the motor M having one side connected to the AC input power terminal AC and the remaining AC input. Diodes D3 and D4 connected in series between the power supply terminals. Furthermore, the switching unit 30 may further include a switching unit Qb for controlling the connection paths of the diodes D3 and D4 under the control of the switching controller 30. Here, the switching unit Qb may be included in the negative voltage driving unit or may be implemented as a separate switching unit, which is only one option of design.

참고적으로 상기 스위칭부 Qa와 Qb는 능동 스위치로 구현가능하며, 각 능동 스위치 소자에는 과도상태시 순간적으로 인가될 수 있는 역전압에 의해 스위치가 소손되는 것을 방지하기 위해서 각각 소자 보호용 다이오드 Da, Db가 더 결합되어질 수 있다.For reference, the switching units Qa and Qb may be implemented as active switches, and element protection diodes Da and Db are respectively applied to each active switch element in order to prevent the switch from being burned out by a reverse voltage which may be instantaneously applied in a transient state. Can be further combined.

한편 상기 스위칭 제어부(30)는 모터의 정회전 및 역회전을 실질적으로 제어 하는 모듈로서 셀프 프로펠 기능을 가지는 청소기 등의 제어부로서 구체화될 수 있다. 이러한 스위칭 제어부(30)는 상기 스위칭부 Qa, Qb중 어느 하나를 일정시간동안 스위칭 온시키기 위한 스위칭 제어신호(Qa, Qb)를 발생하여 출력한다. 물론 상기 스위칭 제어신호를 교호적으로 발생하여 출력할 수도 있을 것이다.Meanwhile, the switching controller 30 may be embodied as a controller such as a cleaner having a self propel function as a module for substantially controlling forward and reverse rotation of the motor. The switching control unit 30 generates and outputs switching control signals Qa and Qb for switching on any one of the switching units Qa and Qb for a predetermined time. Of course, the switching control signal may be alternately generated and output.

더 나아가 본 발명의 실시예에 따른 DC모터 반파 구동제어장치는 상기 스위칭부(Qa, Qb) 각각의 스위칭 오프시에 발생하는 모터(M)의 역기전력에 의한 에너지를 전원공급라인으로 방출하기 위한 프리휠링 패스(freewheeling pass)용 다이오드들(Dsa, Dsb)을 더 포함할 수도 있다.Furthermore, the DC motor half-wave drive control apparatus according to the embodiment of the present invention is a free for discharging the energy due to the back EMF of the motor (M) generated at the time of switching off each of the switching unit (Qa, Qb) to the power supply line It may further include diodes Dsa and Dsb for a freewheeling pass.

이하 상술한 구성을 가지는 DC모터 반파 구동제어장치의 동작을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the DC motor half-wave driving control device having the above-described configuration will be described in more detail with reference to FIG. 4.

우선 셀프 프로펠 기능을 가지는 청소기 등은 프로그램된 일정 시간 동안 전진 및 후진을 반복하도록 설계되어 있다. 따라서 스위칭 제어부(30)는 일정시간 동안 모터(M)를 정회전시키기 위한 스위칭 제어신호(Qa)를 출력하고, 이어서 모터(M)를 역회전시키기 위한 스위칭 제어신호(Qb)를 출력하는 동작을 반복한다고 할 수 있다.First, a vacuum cleaner having a self propel function is designed to repeat forward and backward for a predetermined time. Therefore, the switching controller 30 outputs the switching control signal Qa for forward rotation of the motor M for a predetermined time, and then outputs the switching control signal Qb for reverse rotation of the motor M. It can be said to repeat.

이와 같이 스위칭 제어부(30)가 액티브 상태, 즉 도 4에 도시한 바와 같이 일정구간 동안 "하이" 레벨의 스위칭 제어신호 Qa를 출력하면 도 2에 도시된 제1스위칭부 Qa는 그 시간 동안 "스위칭 온" 동작한다. 이때 만약 교류 입력전원(Vs)이 모터(M)의 일측에 공급중이라고 가정한다면, 상기 정전압 구동부내의 다이오드 D1과 D2가 도통되기 때문에, 결과적으로 반파 정류된 전압(Vo)이 모터(M)에 인가된 결과를 가져 온다. 따라서 DC모터(M)는 스위칭부 Qa가 스위칭 온 상태를 유지하는 동안 계속적으로 정회전할 수 있게 되는 것이다. 이때의 등가회로를 도시해 보면 도 3의 (a)와 같다.As described above, when the switching controller 30 outputs the switching control signal Qa of the "high" level for a certain period as shown in FIG. 4, the first switching unit Qa shown in FIG. ON ". At this time, if it is assumed that the AC input power Vs is being supplied to one side of the motor M, since the diodes D1 and D2 in the constant voltage driving unit are turned on, the half-wave rectified voltage Vo is applied to the motor M as a result. Results. Therefore, the DC motor M can continuously rotate while the switching unit Qa maintains the switching on state. An equivalent circuit at this time is shown in FIG.

반대로 "하이"레벨의 스위칭 제어신호 Qa를 "로우"레벨로 반전시키는 한편 스위칭 제어신호 Qb를 "하이"레벨로 출력하면 그에 대응하는 제2스위칭부 Qb가 도통된다. 이러한 경우 부전압 구동부를 구성하는 다이오드 D3와 D4가 부(-)전압 구간에서 도통되기 때문에, 결과적으로 다이오드 D3에 의해 반파 정류된 역전압(Vo)이 모터(M)에 인가되는 결과를 가져 온다. 따라서 DC모터(M)는 제2스위칭부 Qb가 스위칭 온 상태를 유지하는 동안 계속적으로 역회전할 수 있게 되는 것이다. 이때의 등가회로를 도시해 보면 도 3의 (b)와 같다.On the contrary, when the switching control signal Qa of the "high" level is inverted to the "low" level while the switching control signal Qb is output to the "high" level, the second switching unit Qb corresponding thereto becomes conductive. In this case, since the diodes D3 and D4 constituting the negative voltage driver are conducted in the negative voltage section, the result is that the reverse voltage Vo half-wave rectified by the diode D3 is applied to the motor M. . Therefore, the DC motor M can continuously rotate while the second switching unit Qb maintains the switching on state. An equivalent circuit at this time is shown in FIG.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 두 개의 능동 스위치 소자를 사용하여 반파 정류된 정(+)전압 혹은 부(-)전압이 모터(M)에 인가되도록 전원공급라인의 절체를 수행함으로서, 전원의 위상 감지 없이도 모터를 정회전과 역회전 제어할 수 있게 되는 것이다.As described above, the present invention performs the switching of the power supply line so that the half-wave rectified positive voltage or negative voltage is applied to the motor M using two active switch elements, thereby providing a phase of power. The motor can be controlled to rotate forward and reverse without sensing.

상술한 바와 같이 본 발명은 H-브리지 대신에 두 개의 능동 스위치만을 채용하여 DC모터를 정회전시키거나 역회전시킬 수 있기 때문에, 모터구동제어장치의 구성을 단순화시킴은 물론 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.As described above, since the present invention can rotate the DC motor forward or reverse by employing only two active switches instead of the H-bridge, the configuration of the motor drive control device can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. There is an advantage.

아울러 본 발명은 두 개의 능동 스위치중 어느 하나를 선택적으로 도통시킴으로서 전압 인가방향을 전환시킬 수 있기 때문에, 모터의 정/역 제어가 단순해지 는 장점이 있다.In addition, the present invention has the advantage that the forward / reverse control of the motor is simplified because the voltage application direction can be switched by selectively conducting any one of the two active switches.

한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.On the other hand, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims

In the DC motor half-wave drive control device,

A constant voltage driver for forward rotation of the motor in a positive voltage section of the AC input power;

A negative voltage driving unit for reversely rotating the motor in a negative voltage section of the AC input power source;

At least one switching unit coupled with a device protection diode for switching the constant voltage driver and the negative voltage driver;

And a switching controller for controlling the switching unit to control the driving of the motor by activating any one of the constant voltage driver and the negative voltage driver.

delete

The half-wave driving control device as set forth in claim 1, wherein the switching unit further comprises diodes for freewheeling energy due to back electromotive force of the motor generated at the time of switching off.

The DC motor half-wave drive control apparatus according to claim 1, wherein the switching unit comprises one active switch element.

The method of claim 5, wherein each of the constant voltage driver and the negative voltage driver,

And a first and a second diode connected in series between the other side of the motor and one of the remaining AC input power terminals connected to one side of the AC input power terminal.

The cleaner as set forth in claim 5, wherein the switching unit comprises one active switch element.