KR101167185B1 - Motor Control System and its method With Power Line Communication - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템에 관한 것으로, 모터에 가해지는 직류전원을 스위칭 방식으로 제어하여 스위칭이 차단되는 구간동안 제어신호 및 모터의 상태정보를 전원 측과 모터 측 사이에서 양방향으로 송수신하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a motor drive system using a power line communication, by controlling the DC power applied to the motor in a switching method, the control signal and the status information of the motor during the period of switching is interrupted between the power supply side and the motor side in both directions The present invention relates to a motor driving system using power line communication and a driving method thereof.

Description

전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템 및 그 방법 {Motor Control System and its method With Power Line Communication}Motor drive system and method using power line communication {Motor Control System and its method With Power Line Communication}

본 발명은 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템에 관한 것으로, 모터에 가해지는 직류전원을 스위칭 방식으로 제어하여 스위칭이 차단되는 구간동안 제어신호 및 모터의 상태정보를 전원 측과 모터 측 사이에서 양방향으로 송수신하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다. The present invention relates to a motor drive system using a power line communication, by controlling the DC power applied to the motor in a switching method, the control signal and the status information of the motor during the period of switching is interrupted between the power supply side and the motor side in both directions The present invention relates to a motor driving system using power line communication and a driving method thereof.

기존의 모터를 구동하는 방법은 제어기를 통하여 전력회로를 구동하여 모터에 가해지는 전압을 조정한다. 상기의 제어기는 모터에 부착된 위치 및 속도센서로부터 모터의 위치와 속도 정보 등을 검출하여 모터를 폐회로 제어시스템으로 구동한다. 또한 모터에 흐르는 전류 등을 검출하여 폐회로 제어시스템에서 사용하게 된다. 이 때 모터 측으로부터 받는 신호를 전송하기 위하여 별도의 신호선을 사용하게 된다. The conventional method of driving a motor adjusts the voltage applied to the motor by driving a power circuit through a controller. The controller detects the position and the speed information of the motor from the position and the speed sensor attached to the motor and drives the motor to the closed loop control system. In addition, the current flowing through the motor is detected and used in a closed loop control system. In this case, a separate signal line is used to transmit a signal received from the motor side.

자동화 장치 및 로봇 등에 모터를 액츄에이터로 널리 사용하고 있는데, 이러한 장치들은 다수의 모터를 사용하고 있어서, 모터의 폐회로 제어시스템을 구성하기 위한 별도의 신호선의 수도 많아지게 되므로 장치를 소형화 하는 데 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 전력선 통신을 사용하는 방식도 사용되고 있다. 도 1은 기존의 전력선 통신을 직류전압에 적용하였을 때의 파형도로 전력을 공급하는 일정 크기의 직류전압에 적은 크기의 교류성분의 통신신호를 중첩하여 신호를 전송하고, 수신부에서는 필터를 사용하여 전력선에 실린 교류성분의 통신 신호만 추출해내는 방식을 사용하고 있다. 이러한 방식에서는 모터를 구동하는 전력회로에서 고속의 스위칭 동작에 의한 전기적 잡음이 발생하여 통신 데이터 신호에 영향을 주어 통신 데이터에 오류가 발생하는 문제점을 가지게 된다.Motors are widely used as actuators for automation devices and robots, and since these devices use a plurality of motors, there are problems in miniaturizing the device since the number of separate signal lines for constructing a closed circuit control system of the motor increases. . In order to solve this problem, a method using power line communication is also used. Figure 1 is a waveform of when the existing power line communication is applied to the DC voltage superimposed to a predetermined magnitude of the DC voltage to supply a signal of the AC component superimposed to transmit the signal, the receiver using a filter using a power line The system extracts only the communication signals of AC components listed in the table. In this manner, electrical noise is generated by a high-speed switching operation in the power circuit driving the motor, thereby affecting the communication data signal, thereby causing an error in the communication data.

본 발명의 목적은 폐회로 제어계를 구성하여 모터를 구동하는 시스템에 있어서, 모터의 센서부로부터 오는 신호를 모터에 전력을 공급하는 전력선을 이용하여 제어부로 전송할 수도 있고, 제어부에서 모터를 구동하기 위한 제어신호를 전력선 통신으로 모터 측으로 전송할 수 있도록 구성하여 별도의 신호선을 배선하지 않아도 되는 장점을 가지면서도, 전기적 잡음에 의한 통신 신호의 오류 발생을 줄일 수 있는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템 및 모터 구동방법을 제공하는데 있다. An object of the present invention is to configure a closed circuit control system to drive a motor, the signal from the sensor unit of the motor may be transmitted to the control unit by using a power line for supplying power to the motor, the control for driving the motor in the control unit Motor driving system and motor driving method using power line communication which can reduce the occurrence of error of communication signal due to electric noise while having the advantage of not having to wire a separate signal line by configuring the signal to be transmitted to the motor side by power line communication. To provide.

상기 기술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 모터구동 시스템은 모터구동회로를 포함한 부하측에 직류전원을 공급하는 직류전원과, 상기 직류전원과 연결되어 모터구동회로를 포함한 부하측에 전력과 데이터 신호를 공급하는 전력선과In order to solve the problems of the prior art described above, the motor drive system of the present invention includes a direct current power supply for supplying a direct current power supply to a load side including a motor drive circuit, and a load and data connected to the direct current power source including a motor drive circuit. Power lines to supply signals and

상기 전력선에 연결되어 직류전원을 부하측에 연결 또는 차단하기 위한 반도체 스위칭 소자와A semiconductor switching element connected to the power line for connecting or disconnecting a DC power supply to a load side;

상기 반도체 스위칭 소자를 스위칭 방식으로 제어하기 위한 스위칭 변조 제어부와A switching modulation controller for controlling the semiconductor switching element by a switching method;

상기 스위칭 변조 제어부와 연결되어 부하측과 전력선 통신을 통한 데이터의 송수신을 하기 위한 전원측 전력선 통신부와A power-side power line communication unit connected to the switching modulation controller for transmitting and receiving data through power line communication with a load side;

상기 전력선에 연결되어 부하측으로부터 전원측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드와A diode connected to the power line and blocking a reverse voltage from a load side to a power side;

상기 다이오드 캐소드 단과 전력선 그라운드 측의 사이에 연결되어 전압을 평활화하는 콘덴서와A capacitor connected between the diode cathode stage and the power line ground side to smooth the voltage;

상기 콘덴서에 연결되어 모터를 구동하는 모터구동전력회로와 상기 모터구동전력회로에 연결되어 구동되는 모터와 A motor driving power circuit connected to the condenser to drive the motor and a motor connected to the motor driving power circuit and driven;

상기 모터에 접속되어 모터의 속도 및 위치를 감지하는 센서와 상기 센서로부터 출력되는 신호를 전력선 통신을 하기 위하여 코딩하고 코딩된 데이터를 부하측 전력선 통신부로 전달하는 센서신호 코딩부와A sensor signal coding unit connected to the motor to sense a speed and a position of the motor, a signal output from the sensor for power line communication, and a coded data to a load side power line communication unit;

상기 다이오드의 애노드 단과 전력선의 그라운드 측 사이에 연결되어 전력선을 통한 데이터를 송수신하기 위한 부하측 전력선 통신부와A load side power line communication unit connected between the anode end of the diode and the ground side of the power line to transmit and receive data through the power line;

부하측 전력선 통신부에 접속되어 전원측에서 송신한 모터구동 전력회로의 제어를 하는 전력회로 스위칭 제어부와A power circuit switching control unit connected to the load side power line communication unit for controlling the motor drive power circuit transmitted from the power supply side;

상기 부하측 전력선 통신부, 전력회로 스위칭 제어부, 센서신호 코딩부에 연결되어 전원을 공급하는 부하측 제어부 전원을 포함하여 구성된다.
And a load side controller power supply connected to the load side power line communication unit, a power circuit switching control unit, and a sensor signal coding unit to supply power.

또한 상기 콘덴서와 병렬로 접속되어 환류 다이오드의 역할을 하는 다이오드를 더 포함하되 그 애노드 단이 전력선의 그라운드 단에 접속되고, 그 캐소드 단이 부하측으로부터 전원측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드의 캐소드 단과 접속된다.It further includes a diode connected in parallel with the condenser to serve as a flyback diode, the anode end of which is connected to the ground end of the power line, and the cathode end of which is connected to the cathode end of the diode which cuts the reverse voltage from the load side to the power supply side. .

또한 상기 모터구동 전력회로는 직류 전동기 또는 교류 전동기를 구동하는 전력회로일 수 있다.In addition, the motor driving power circuit may be a power circuit for driving a DC motor or an AC motor.

또한 상기 반도체 스위칭 소자는 상기 스위칭 변조 제어부에 의하여 펄스폭 변조방식 또는 펄스주기 변조방식으로 스위칭 동작을 하며 전력을 부하 측에 공급한다.
In addition, the semiconductor switching device performs a switching operation by a pulse width modulation method or a pulse period modulation method by the switching modulation controller and supplies power to the load side.

또한, 상기 기술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 모터구동 방법은 직류전원을 스위칭 방식으로 전압을 조정하여 모터를 구동하는 방법에 있어서, 모터에 전달하는 평균전력을 제어하면서, 직류전원이 차단되는 구간에 제어신호 또는 모터의 상태정보를 송수신하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
In addition, in order to solve the problems of the prior art described above, the motor driving method of the present invention is a method of driving a motor by adjusting a voltage by switching a DC power supply, the DC power supply while controlling the average power delivered to the motor It is characterized in that for transmitting and controlling the control signal or the status information of the motor in the blocked section.

본 발명에 의하면 모터를 폐회로 제어로 구동하는 시스템에 있어서, 모터의 센서부로부터 오는 신호를 모터에 전력을 공급하는 전력선을 이용하여 전송할 수 있도록 구성하여 별도의 신호선을 배선하지 않아도 되는 장점을 가진다. 본 발명의 다른 효과로는 기존의 전력선 통신방식에 비하여 전기적 잡음에 의한 통신 신호의 오류 발생을 줄일 수 있어 신뢰성있는 전력선 통신을 할 수 있다는 것이다. 기존 전력선 통식방법에서는 모터구동 전력회로 등에서 발생하는 전기적 잡음의 전압 크기가 통신신호의 전압 크기보다 큰 경우가 빈번하게 발생하므로 통신신호의 전압 크기를 높여야 하지만 이로 인해 부하에 공급하는 전력량이 임의로 변화하게 되므로 제한적이다. 본 발명에 의한 스위칭이 전력선을 차단하는 구간에 통신데이터를 송수신하게 되면, 모터 구동 전력회로에서 발생하는 전기적 잡음의 발생시점을 피할 수 있다. 또한 전송하는 통신신호의 전압 크기도 부하 측의 평활화된 전압 크기 이내에서 충분히 크게 만들어 전송할 수 있으므로 역시 전기적 잡음에 영향을 덜 받을 수 있는 장점이 있다. 결국 본 발명의 전력선통신 방식을 이용하면 전기적 잡음에 의한 통신 데이터 신호의 전송 오류를 줄일 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, in a system for driving a motor under closed-loop control, the signal from the sensor unit of the motor is configured to be transmitted by using a power line for supplying power to the motor. Another effect of the present invention is that it is possible to reduce the occurrence of the error of the communication signal due to electrical noise as compared to the existing power line communication method can be a reliable power line communication. In the conventional power line communication method, the voltage level of the electrical noise generated from the motor driving power circuit is often larger than the voltage level of the communication signal. Therefore, the voltage level of the communication signal needs to be increased. It is limited. When the communication according to the present invention transmits and receives communication data in a section in which the power line is cut off, it is possible to avoid the occurrence of electrical noise generated in the motor driving power circuit. In addition, since the voltage magnitude of the communication signal to be transmitted can also be made large enough within the smoothed voltage magnitude of the load side, it also has the advantage of being less affected by electrical noise. As a result, the power line communication method of the present invention has an effect of reducing transmission error of the communication data signal due to electrical noise.

또한, 펄스폭 또는 펄스주기 변조방식을 이용하여 전력 및 데이터 신호를 전송할 수 있으므로 데이터 신호 송수신시, 동기화 과정이 매우 용이한 효과가 있다.
In addition, since the power and data signals can be transmitted using a pulse width or a pulse period modulation method, the synchronization process is very easy when transmitting and receiving data signals.

도 1은 종래의 직류 전력선 통신의 파형도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템의 회로구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템에서 데이터 신호를 전송하는 전력선 통신방법에 따른 통신 데이터 신호를 포함한 전압 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 전력선 통신을 이용한 직류 전동기 구동 시스템의 실시 예의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 전력선 통신을 이용한 교류 전동기 구동 시스템의 실시 예의 회로 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing a waveform diagram of conventional DC power line communication.
2 is a diagram illustrating a circuit configuration of a motor driving system using power line communication of the present invention.
3 is a diagram illustrating a voltage waveform including a communication data signal according to a power line communication method for transmitting a data signal in a motor driving system using power line communication of the present invention.
4 is a circuit diagram of an embodiment of a DC motor drive system using power line communication according to the present invention.
5 is a circuit diagram of an embodiment of an AC motor drive system using power line communication according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예를 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Now, a motor driving system using power line communication according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, and the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be described. It will be omitted.

본 발명의 모터구동 시스템은 직류전원(200)과 부하측에 전원을 공급하기 위한 전력선로(210, 211)를 스위칭하여 연결 및 차단하기 위한 반도체 스위칭 소자(201)와 이 스위칭 소자를 스위칭 방식으로 제어하기 위한 스위칭 변조 제어부(202); 와The motor drive system of the present invention controls the semiconductor switching element 201 and the switching element for switching and connecting the DC power supply 200 and the power lines 210 and 211 for supplying power to the load side in a switching manner. A switching modulation controller 202 for performing the operation; Wow

상기 스위칭 변조 제어부(202)와 접속되어 전력선로(210, 211)에 통신 데이터를 송수신할 수 있는 전원측 전력선 통신부(203)로 구성된 전원 측 회로와A power supply side circuit comprising a power supply side power line communication unit 203 connected to the switching modulation control unit 202 and capable of transmitting and receiving communication data to and from the power lines 210 and 211;

직류전원(200)과 연결된 전력선로(210,211)의 부하 측에 부하 측으로부터 전원 측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드(220)와 상기 다이오드(220) 캐소드 단자와 전력선로의 그라운드(211) 사이에 접속되어 전압을 평활화하는 콘덴서(221); 와On the load side of the power line (210,211) connected to the DC power source 200 is connected between the diode 220 and the diode 220 cathode terminal and the ground line 211 of the power line to block the reverse voltage from the load side to the power side A capacitor 221 for smoothing the voltage; Wow

다이오드(220) 캐소드 단자와 전력선로의 그라운드(211) 사이에 접속되어 모터(223)를 구동하는 모터구동 전력회로(222);와A motor driving power circuit 222 connected between the cathode terminal of the diode 220 and the ground 211 of the power line to drive the motor 223; and

모터구동 전력회로(222)의 출력 단에 연결된 모터(223)와 모터에 부착하여 위치 및 속도를 계측하는 센서(224)로부터 센서신호를 전력선 통신으로 전송하기 위하여 코딩하는 센서신호 코딩부(227);와Sensor signal coding unit 227 for transmitting the sensor signal to the power line communication from the motor 223 connected to the output terminal of the motor driving power circuit 222 and the sensor 224 attached to the motor to measure the position and speed to transmit power line communication ;Wow

전력선로(210,211)에 부착되어 전원 측 전력선 통신부(203)와 송수신 하는 부하 측 전력선 통신부(225);와A load side power line communication unit 225 attached to the power lines 210 and 211 to transmit and receive from the power line side power line communication unit 203; and

부하 측 전력선 통신부(225)와 접속되어 전원 측에서 송신한 제어신호에 따라 모터구동 전력회로(222)의 스위칭 제어를 하는 전력회로 스위칭 제어부(226);와A power circuit switching control unit 226 connected to the load side power line communication unit 225 and controlling switching of the motor driving power circuit 222 according to a control signal transmitted from the power supply side; and

상기 콘덴서(221) 양단에 접속되어 전력을 공급받아 부하측 전력선 통신부(225), 전력회로 스위칭 제어부(226), 센서신호 코딩부(227)에 연결되어 안정된 전원을 공급하는 부하측 제어부 전원(226)으로 구성된 부하측 회로를 포함하여 구성된다.Connected to both ends of the condenser 221, the power is supplied to the load side power line communication unit 225, the power circuit switching control unit 226, the sensor signal coding unit 227 is connected to the load side control unit power supply 226 for supplying stable power It is configured to include the configured load side circuit.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 직류전원(300)에서 생성된 직류전압(Vdc)은 스위칭 변조 제어부(303)의 제어신호에 따라 반도체 스위칭 소자(301)를 스위칭하여 펄스 전압을 부하 측으로 전달한다. As shown in FIGS. 3 and 4, the DC voltage Vdc generated by the DC power supply 300 switches the semiconductor switching element 301 according to the control signal of the switching modulation controller 303 to transfer the pulse voltage to the load side. To pass.

이 때 출력되는 도 2의 Vout 전압은 도 3의 통신신호가 없을 때 Vout 전압 파형으로 나타난다. 부하 측의 다이오드를 통과한 콘덴서 양단의 전압 VL은 도 3의 통신신호가 없을 때 VL 전압 파형으로 평활화 되어 나타난다. 이 평활화 된 전압 VL은 모터 구동 전력회로에 공급되어 모터를 구동하는 직류전압으로 사용되고, 부하측 제어부 전원에도 공급된다. 부하측 제어부 전원은 안정화 된 전원을 만들어 부하측 전력선 통신부, 전력회로 스위칭부, 센서신호 코딩부 등에 공급하게 된다. 도 3의 통신신호가 없을 때 Vout 전압파형에서 전압이 0 인 구간은 전력선이 직류전원과 끊어진 상태이므로, 전원측 전력선 통신부와 부하측 전력선 통신부는 이 구간 동안 통신 데이터 신호를 송수신한다. 전원측 전력선 통신부는 수신한 통신 데이터 신호를 스위칭 변조 제어부에 전달하며, 송신할 통신 데이터 신호는 스위칭 변조 제어부로부터 받게 된다. 스위칭 변조 제어부는 전력공급과 모터의 제어에 필요한 정보를 받아 반도체 스위칭 소자를 제어하며 전력공급을 조정하며, 부하 측에 모터 구동 전력회로의 제어에 필요한 통신 데이터를 결정하여 전력선 통신부를 통하여 부하 측에 전송한다. 부하측 전력선 통신부는 전원측 전력선 통신부로부터 수신한 제어에 필요한 통신 데이터를 전력회로 스위칭 제어부에 전달하여 모터구동 전력회로를 구동한다. 모터의 센서로부터 나오는 센서신호는 센서신호 코딩부가 전력선 통신을 하기위한 일련의 데이터로 변환한 후 부하 측 전력선 통신부로 전달하여 전원 측으로 전송한다.
In this case, the output Vout voltage of FIG. 2 appears as a Vout voltage waveform when there is no communication signal of FIG. 3. The voltage V L across the capacitor passing through the diode on the load side is smoothed to the V L voltage waveform when there is no communication signal of FIG. 3. This smoothed voltage V L is supplied to the motor driving power circuit and used as a DC voltage for driving the motor, and is also supplied to the load side control power supply. The load-side control unit power supplies a stabilized power supply to the load-side power line communication unit, the power circuit switching unit, and the sensor signal coding unit. In the absence of the communication signal of FIG. 3, since the power line is disconnected from the DC power in the Vout voltage waveform, the power line communication unit and the load side power line communication unit transmit and receive communication data signals during this period. The power-side power line communication unit transmits the received communication data signal to the switching modulation controller, and the communication data signal to be transmitted is received from the switching modulation controller. The switching modulation control unit receives the information necessary for the power supply and the control of the motor to control the semiconductor switching element, adjust the power supply, determine the communication data necessary for the control of the motor driving power circuit on the load side, send. The load side power line communication unit transfers communication data necessary for control received from the power side power line communication unit to the power circuit switching control unit to drive the motor driving power circuit. The sensor signal from the sensor of the motor is converted into a series of data for the power line communication by the sensor signal coding unit and then transferred to the load side power line communication unit and transmitted to the power supply side.

부하 측으로 전달되는 전압(VL)은 반도체 스위칭 소자(301)의 온/오프 구간에 따라 상기 펄스 전압의 평균전압(Vavg)에서 미세한 증감을 가지며 부하 측 콘덴서(322)로 전달된다.The voltage V L transmitted to the load side is transferred to the load side capacitor 322 with a slight increase or decrease in the average voltage Vavg of the pulse voltage according to the on / off period of the semiconductor switching element 301.

본 발명에서 부하 측으로 전달되는 전력은 펄스폭 변조방식 또는 펄스주기 변조방식을 이용하여 생성된 변조파를 사용할 수 있으며, 전원의 전압 또는 전류는 직류 또는 직류와 교류가 혼합된 전압 또는 전류를 사용할 수 있다.
In the present invention, the power delivered to the load side may use a modulated wave generated using a pulse width modulation method or a pulse period modulation method, and the voltage or current of the power supply may use a DC or a DC or AC mixed voltage or current. have.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 전력선 통신을 이용한 직류 전동기 구동 시스템을 설명하기 위한 회로는 전원 측 회로와 부하 측 회로로 구성된다. As shown in FIG. 4, a circuit for explaining a DC motor driving system using power line communication according to an embodiment of the present invention includes a power supply side circuit and a load side circuit.

전원 측 회로는 직류전원(300)을 전력선(310, 311)과 연결 또는 차단하도록 스위칭하는 반도체 스위칭 소자(301)와, 반도체 스위칭 소자(301)를 펄스폭 변조방식 또는 펄스주기 변조방식으로 제어하는 스위칭 변조 제어부(303) 및 전원측 전력선 통신부(304)로 구성된다. The power supply side circuit includes a semiconductor switching element 301 for switching the DC power supply 300 to be connected to or disconnected from the power lines 310 and 311, and the semiconductor switching element 301 for controlling the pulse width modulation method or the pulse period modulation method. And a switching modulation control unit 303 and a power supply side power line communication unit 304.

부하 측 회로는 전력선로(310, 311)에 연결되어 직류전원(300)으로부터 전류를 부하 측으로 공급받고 역방향으로 전류가 흐르는 것을 방지하는 다이오드(320), 다이오드(320)의 캐소드 단에 연결되어 전압을 평활화시키는 인덕터(329)와 콘덴서(322)로 구성된 저역통과필터와 콘덴서의 출력단에 연결된 부하측 제어부 전원부(328), 애노드 단이 전력선의 그라운드(311) 단에 접속되고, 캐소드 단이 부하측으로부터 전원측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드(320)의 캐소드 단과 접속되어 전류를 환류시키는 환류 다이오드(321), 콘덴서 출력단에 연결되어 모터를 구동하는 모터 구동 전력회로(330), 모터구동 전력회로(330)에 연결되어 구동되는 모터(323), 모터와 접속되어 모터의 속도 및 위치를 파악하는 센서(324), 센서로부터 나오는 신호를 전력선 통신 신호로 변환하기 위한 센서신호 코딩부(327), 상기 다이오드(320) 애노드 단과 전력선로의 그라운드(311) 사이에 접속된 부하측 전력선 통신부 및 전력선 통신부로부터 통신 데이터 신호를 받아 모터구동 전력회로(330)를 제어하는 전력회로 스위칭 제어부(326)로 구성된다. The load side circuit is connected to the power lines 310 and 311 and is connected to the cathode terminal of the diode 320 and the diode 320 to receive current from the DC power supply 300 to the load side and prevent current from flowing in the reverse direction. A low pass filter composed of an inductor 329 and a condenser 322 for smoothing the voltage, and a load side controller power supply 328 connected to the output terminal of the capacitor and an anode terminal are connected to the ground 311 terminal of the power line, and a cathode terminal is connected to the power supply side from the load side. Connected to the cathode terminal of the diode 320 to block the reverse voltage to the reflux diode 321 for reflux current, the motor driving power circuit 330 connected to the capacitor output terminal to drive the motor, the motor driving power circuit 330 A motor 323 connected and driven, a sensor 324 connected to the motor to determine the speed and position of the motor, and converting a signal from the sensor into a power line communication signal To control the motor driving power circuit 330 by receiving a communication data signal from a load side power line communication unit and a power line communication unit connected between the sensor signal coding unit 327 and the diode 320 anode terminal and the ground line 311 of the power line. The power circuit switching controller 326 is configured.

본 실시 예에서는 인덕터(329)와 콘덴서(322)를 사용한 저역통과 필터로 부하 측 전압을 평활화 시키는 회로를 구성하였고, 이 경우 인턱터(329)에 저장되는 에너지를 환류 시키기 위한 환류 다이오드(321)을 사용하였으나, 인덕터(329)를 사용하지 않고 콘덴서(322)만 사용할 경우에는 환류 다이오드를 사용하지 않아도 가능하다. In this embodiment, a circuit for smoothing the load side voltage is formed by a low pass filter using an inductor 329 and a capacitor 322. In this case, a reflux diode 321 for refluxing energy stored in the inductor 329 is provided. However, in the case of using only the capacitor 322 without using the inductor 329, it is possible to use a freewheeling diode.

본 실시 예에서는 모터구동 전력회로(330)는 DC 모터를 구동하는 H 브리지 회로를 사용하였으며, 4개의 전력용 스위칭 소자(331, 332, 333, 334)와 4개의 다이오드(335, 336, 337, 338)로 구성하였다. 모터 구동 전력회로는 교류 전동기를 구동하는 경우에는 인버터 회로를 사용하고, 본 발명의 사상을 그대로 적용할 수 있다. 도 5는 본 발명의 전력선 통신을 이용한 교류 전동기 구동 시스템의 실시 예의 회로 구성을 도시한 도면이다. 도 5에서 모터 구동 전력회로(430)과 모터(423)와 전력회로 스위칭 제어부(426)만 3상 교류 전동기를 구동할 수 있도록 구성한 것으로 나머지 회로 구성은 도 4의 회로 구성과 동일하고, 전력선 통신을 하는 방식도 동일하므로 중복된 설명을 피하기 위하여 설명을 생략한다. In the present embodiment, the motor driving power circuit 330 uses an H bridge circuit for driving a DC motor, and includes four power switching elements 331, 332, 333, and 334 and four diodes 335, 336, and 337. 338). The motor drive power circuit uses an inverter circuit when driving an AC motor, and the idea of the present invention can be applied as it is. 5 is a circuit diagram of an embodiment of an AC motor drive system using power line communication according to the present invention. In FIG. 5, only the motor driving power circuit 430, the motor 423, and the power circuit switching controller 426 are configured to drive a three-phase AC motor. The remaining circuit configuration is the same as that of FIG. 4, and power line communication is performed. Since the method is the same, the description is omitted in order to avoid duplicate description.

도 4의 회로에서 직류전원(300)을 반도체 스위칭 소자(301)로 스위칭할 때, 1주기(T) 동안 전력이 차단되는 구간(toff)은 전력선로(311)이 전원 측 직류전원(300) Vdc와 분리되고, 전력선로(310, 311)에 통신 데이터를 싣기 위하여 전원측 전력선 통신부(304)에서 복수 개의 데이터 신호를 toff 시간을 정해진 간격으로 나누어 각 구간에서 데이터 신호를 1인 경우 Vsig 전압을 가하고, 0 인 경우 Vsig 전압을 가하지 않는 방식으로 전력선로(310, 311)에 실어 전송할 수 있다. In the circuit of FIG. 4, when the DC power supply 300 is switched to the semiconductor switching device 301, a section toff in which power is cut off during one cycle T is determined by the power line 311 at the power supply side DC power supply 300. Separated from the Vdc, in order to load the communication data on the power lines (310, 311), the power-side power line communication unit 304 divides a plurality of data signals at predetermined intervals and applies a Vsig voltage when the data signal is 1 in each section. , 0, it can be carried on the power lines (310, 311) in a way that does not apply a Vsig voltage.

도 3에 도시한 바와 같이, 전력이 차단되는 데이터 전송 구간(toff)은 10개의 구간으로 분할하고 첫 번째 구간과 마지막 구간은 잡음을 방지하기 위한 여유 구간으로 두고 2번째부터 9번째 구간에 데이터 신호 "1"을 전송하기 위해 Vsig 전압을 인가하고, 데이터 신호 "0"을 전송하기 위해 Vsig 전압을 차단하는 방법으로 데이터 신호를 전송할 수 있다. As shown in FIG. 3, the data transmission section (toff) in which power is cut off is divided into 10 sections, and the first section and the last section are spare sections for preventing noise. The data signal may be transmitted by applying a Vsig voltage to transmit “1” and cutting off the Vsig voltage to transmit data signal “0”.

데이터 전송 구간(toff)은 다양한 방법과 주기로 분할될 수 있으며, 데이터 신호의 크기(Vsig)가 부하 측의 평활화된 전압(VL)보다 작으면 데이터 신호에 의한 전류는 부하 측에 흐르지 않게 된다. The data transmission interval toff may be divided into various methods and periods. When the magnitude of the data signal Vsig is smaller than the smoothed voltage V L of the load side, the current by the data signal does not flow to the load side.

즉, Vsig 전압은 부하 측의 평활화된 전압보다 작은 범위에서 얼마든지 큰 전압값을 가질 수 있게 되어 전력선에 발생하는 전기적 잡음신호에 영향을 적게 받을 뿐만 아니라 부하 측에 공급되는 전력량에도 영향을 주지 않게 된다. 부하에 공급되는 전력량은 도 3의 통신신호가 있을 때 Vout 파형에서 주기별로 면적 S가 동일하도록 제어하면 부하에 전해지는 전력 및 전압의 평균값은 일정하도록 제어할 수 있다. That is, the Vsig voltage can have a large voltage value in a range smaller than the smoothed voltage of the load side, so that it is less affected by the electrical noise signal generated on the power line and does not affect the amount of power supplied to the load side. do. When the amount of power supplied to the load is controlled to have the same area S for each cycle in the Vout waveform when the communication signal of FIG. 3 is present, the average value of the power and the voltage delivered to the load may be controlled to be constant.

전송된 데이터 신호의 파형은 부하 측의 다이오드를 거치기 전인 Vout 단에 나타나므로 이 데이터를 수신하기 위한 부하 측의 전력선통신부(328)를 Vout 단에 연결하여 데이터 신호를 수신할 수 있다. 또한, 부하측 전력선통신부(328)에서 수신된 통신 데이터는 전력회로 스위칭 제어부(326)에서 받아 모터구동 전력회로(330)를 제어할 수 있다.Since the waveform of the transmitted data signal appears at the Vout terminal before passing through the diode at the load side, the power line communication unit 328 at the load side for receiving the data may be connected to the Vout terminal to receive the data signal. In addition, the communication data received from the load-side power line communication unit 328 may be received by the power circuit switching control unit 326 to control the motor driving power circuit 330.

상기에서 설명한 방식으로 전원 측에서 부하 측으로 통신 데이터를 전송할 수도 있고, 전원 측에서 공급되는 전력(전압 또는 전류)이 차단되는 데이터 전송 구간(toff)에서 역방향인 부하 측에서 전원 측으로 데이터를 전송할 수도 있으므로 전력선을 이용한 데이터 신호의 양방향 송수신이 가능하다. Since the communication data may be transmitted from the power supply side to the load side in the above-described manner, or the data may be transmitted from the load side reverse to the power supply side in a data transmission section (toff) in which power (voltage or current) supplied from the power supply side is cut off. Bidirectional transmission and reception of data signals using power lines is possible.

즉, 전력이 차단되는 데이터 전송 구간을 이용하여 모터에 부착한 센서로부터 나온 위치 및 속도 정보 등을 센서신호 코딩부에서 통신신호로 변환하여 부하측 전력선 통신부를 통하여 전원측으로 전송할 수 있다.That is, the position and speed information from the sensor attached to the motor may be converted into a communication signal by the sensor signal coding unit using a data transmission section in which power is cut off, and then transmitted to the power source through the load side power line communication unit.

상기에서 설명한 도 3, 도 4, 도 5에서 펄스폭 변조방식 대신 펄스주기 변조방식을 사용하는 경우에도 전압 또는 전류가 Low인 구간 또는 전력이 차단되는 구간이 존재하므로 본 발명의 원리를 그대로 적용할 수 있다. 3, 4, and 5 described above, even when the pulse period modulation method is used instead of the pulse width modulation method, there is a section in which voltage or current is low or a section in which power is cut off, and thus the principles of the present invention can be applied as it is. Can be.

상기에서 설명한 본 발명의 모터를 구동하는 방식을 요약하여 정리하면, 직류전원을 스위칭 방식으로 전압을 조정하여 모터를 구동하는 방법에 있어서, 모터에 전달하는 평균전력을 제어하면서, 직류전원이 차단되는 구간에 제어신호 또는 모터의 상태정보를 송수신하여 제어하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동방법이다.
In summary, the method of driving the motor of the present invention described above, in the method of driving the motor by adjusting the voltage to the DC power supply switching method, the DC power is cut off while controlling the average power delivered to the motor A motor driving method using power line communication for transmitting and receiving a control signal or status information of a motor in a section.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

200, 300, 400: 직류전원 201, 301, 401: 반도체 스위칭 소자
202, 303, 403: 스위칭 변조 제어부 203, 304, 404: 전원측 전력선 통신부
210, 211, 310, 311, 410, 411: 전력선로 220, 320, 420: 다이오드
321, 421: 환류 다이오드 221, 322, 422: 콘덴서
222, 330, 430: 모터구동 전력회로 223, 323, 423: 모터
224, 324, 424: 센서 226, 328, 428: 부하측 제어부 전원
225, 325, 425: 부하측 전력선 통신부 226, 326, 426: 전력회로 스위칭 제어부
227, 327, 427: 센서신호 코딩부 302, 402: 제어부 전원
329, 429: 인덕터
331, 332, 333, 334, 431, 432, 433, 434, 435, 436: 모터구동 전력회로의 전력용 스위칭 소자
335, 336, 337, 338, 437, 438, 439, 440, 441, 442: 모터구동 전력회로의 환류다이오드200, 300, 400: DC power supply 201, 301, 401: semiconductor switching element
202, 303, 403: switching modulation control unit 203, 304, 404: power supply side power line communication unit
210, 211, 310, 311, 410, 411: power line 220, 320, 420: diode
321, 421: free-wheel diode 221, 322, 422: capacitor
222, 330, 430: motor drive power circuit 223, 323, 423: motor
224, 324, 424: sensor 226, 328, 428: load side control unit power supply
225, 325, 425: load side power line communication unit 226, 326, 426: power circuit switching control unit
227, 327, 427: sensor signal coding unit 302, 402: control unit power supply
329, 429: inductors
331, 332, 333, 334, 431, 432, 433, 434, 435, 436: switching element for power of motor drive power circuit
335, 336, 337, 338, 437, 438, 439, 440, 441, 442: Free-wheel diode in motor-driven power circuit

Claims (5)

모터구동회로를 포함한 부하측에 직류전원을 공급하는 직류전원;
상기 직류전원과 연결되어 모터구동회로를 포함한 부하측에 전력과 데이터 신호를 공급하는 전력선;
상기 전력선에 연결되어 직류전원을 부하측에 연결 또는 차단하기 위한 반도체 스위칭 소자;
상기 반도체 스위칭 소자를 스위칭 방식으로 제어하기 위한 스위칭 변조 제어부;
상기 스위칭 변조 제어부와 연결되어 부하측과 전력선 통신을 통한 데이터의 송수신을 하기 위한 전원측 전력선 통신부;
상기 전력선에 연결되어 부하측으로부터 전원측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드;
상기 다이오드 캐소드 단과 전력선 그라운드 측의 사이에 연결되어 전압을 평활화하는 콘덴서;
상기 콘덴서에 연결되어 모터를 구동하는 모터구동전력회로;
상기 모터구동전력회로에 연결되어 구동되는 모터;
상기 모터에 접속되어 모터의 속도 및 위치를 감지하는 센서;
상기 센서로부터 출력되는 신호를 전력선 통신을 하기 위하여 코딩하고 코딩된 데이터를 부하측 전력선 통신부로 전달하는 센서신호 코딩부;
상기 다이오드의 애노드 단과 전력선의 그라운드 측 사이에 연결되어 전력선을 통한 데이터를 송수신하기 위한 부하측 전력선 통신부;
부하측 전력선 통신부에 접속되어 전원측에서 송신한 모터구동 전력회로의 제어를 하는 전력회로 스위칭 제어부;
상기 부하측 전력선 통신부, 전력회로 스위칭 제어부, 센서신호 코딩부에 연결되어 전원을 공급하는 부하측 제어부 전원을 포함하며,
상기 스위칭 변조 제어부는 전송되는 전력의 평균 값을 제어하고, 부하 측에 직류전원이 차단되는 구간을 데이터 전송 구간으로 이용하며, 상기 데이터 전송 구간이 시작 및 종료되는 일정 구간을 여유 구간으로 가지는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템
DC power supply for supplying DC power to the load side including the motor drive circuit;
A power line connected to the DC power supply for supplying power and data signals to a load side including a motor driving circuit;
A semiconductor switching element connected to the power line for connecting or disconnecting a DC power supply to a load side;
A switching modulation controller for controlling the semiconductor switching element in a switching manner;
A power-side power line communication unit connected to the switching modulation controller for transmitting and receiving data through power line communication with a load side;
A diode connected to the power line and blocking a reverse voltage from a load side to a power supply side;
A capacitor connected between the diode cathode end and the power line ground side to smooth a voltage;
A motor driving power circuit connected to the condenser to drive a motor;
A motor connected to the motor driving power circuit and driven;
A sensor connected to the motor to sense a speed and a position of the motor;
A sensor signal coding unit for coding a signal output from the sensor for power line communication and transferring the coded data to a load side power line communication unit;
A load side power line communication unit connected between an anode end of the diode and a ground side of the power line to transmit and receive data through the power line;
A power circuit switching control unit connected to the load side power line communication unit and controlling the motor driving power circuit transmitted from the power supply side;
A load side controller power source connected to the load side power line communication unit, a power circuit switching control unit, and a sensor signal coding unit to supply power;
The switching modulation controller controls an average value of the transmitted power, uses a section in which DC power is cut off on the load side as a data transmission section, and has a certain section in which the data transmission section starts and ends as a spare section. Motor drive system using power line communication
제1항에 있어서,
상기 콘덴서와 병렬로 접속되어 환류 다이오드의 역할을 하는 다이오드를 더 포함하되 그 애노드 단이 전력선의 그라운드 단에 접속되고, 그 캐소드 단이 부하측으로부터 전원측으로 역방향 전압을 차단하는 다이오드의 캐소드 단과 접속되는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템
The method of claim 1,
A diode connected in parallel with the condenser to serve as a reflux diode, the anode end of which is connected to the ground end of the power line, the cathode end of which is connected to the cathode end of the diode that cuts the reverse voltage from the load side to the power supply side; Motor drive system using power line communication
제1항에 있어서,
상기 모터구동 전력회로는 직류 전동기 또는 교류 전동기를 구동하는 전력회로인 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템
The method of claim 1,
The motor drive power circuit is a motor drive system using power line communication, characterized in that the power circuit for driving a DC motor or an AC motor.
제1항에 있어서,
상기 반도체 스위칭 소자는 상기 스위칭 변조 제어부에 의하여 펄스폭 변조방식 또는 펄스주기 변조방식으로 스위칭 동작을 하며 전력을 부하 측에 공급하는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동 시스템
The method of claim 1,
The semiconductor switching device is a motor driving system using a power line communication, characterized in that for switching by a pulse width modulation method or a pulse period modulation method by the switching modulation control unit to supply power to the load side
직류전원을 스위칭 방식으로 전압을 조정하여 모터를 구동하는 방법에 있어서, 모터에 전달하는 평균전력을 제어하면서, 직류전원이 차단되는 구간에 제어신호 또는 모터의 상태정보를 송수신하여 제어하고, 상기 직류전원이 차단되는 구간이 시작 및 종료되는 일정 구간을 여유구간으로 가지는 것을 특징으로 하는 전력선 통신을 이용한 모터 구동방법A method of driving a motor by adjusting a voltage by switching a DC power source, wherein the average power delivered to the motor is controlled, the control signal or the state information of the motor is transmitted and received in a section where the DC power is cut off, and the DC power is controlled. Method for driving a motor using power line communication, characterized in that it has a certain section in which the section of starting power is started and terminated as a spare section
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