KR101225023B1 - 단상 ｂｌｄｃ 모터 구동장치 - Google Patents

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KR101225023B1 KR1020060045533A KR20060045533A KR101225023B1 KR 101225023 B1 KR101225023 B1 KR 101225023B1 KR 1020060045533 A KR1020060045533 A KR 1020060045533A KR 20060045533 A KR20060045533 A KR 20060045533A KR 101225023 B1 KR101225023 B1 KR 101225023B1
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Abstract

본 발명은 BLDC 모터를 구동하는데 소모되는 전류를 절감할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하여 단상 BLDC 모터를 구동시키는 종래 방식과는 달리, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하지 않고, 그 사이에 제어 칩보다 적어도 큰 내전압 특성을 갖는 스위칭 구동 소자를 연결하며, 이러한 스위칭 구동 소자를 통해 스위칭 소자가 교번적으로 작동하도록 제어함으로써, 단상 BLDC 모터를 구동하는데 소모되는 소비 전류를 대폭적으로 절감할 수 있는 것이다.
Figure R1020060045533
단상, BLDC 모터

Description

단상 ＢＬＤＣ 모터 구동장치{DRIVING APPARATUS FOR SINGLE PHASE DIRECT BRUSHLESS MOTOR}
도 1은 전형적인 종래 단상 BLDC 모터 구동회로도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터 구동회로도.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
202 : 제어 블록 204a, 204b : 게이트 구동 블록
206 : 모터 Q21, Q22, Q23, Q24 : 스위칭 소자
본 발명은 모터 구동장치에 관한 것으로, BLDC(brushless direct current) 모터를 구동할 때 그 소비전력을 절감하는데 적합한 단상 BLDC 모터 구동장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, BLDC 모터는 직류 모터에서 정류자(commutator)와 브러시(brush) 등과 같은 기계적 접촉을 유발하는 부분을 제거함으로써, 전기적, 기계적 노이즈가 발생하지 않으며, 또한 그로 인해 수명 장수화를 실현할 수 있는 모터로서 널리 사용되고 있다.
즉, 상기한 BLDC 모터는 자장 형성을 위한 다수의 영구자석을 갖는 회전자(rotor)와 이 회전자의 영구자석에 의한 자장과의 상호 작용으로 회전자를 회전시키는 토크를 발생시키는 코일이 권선된 고정자(stator)를 포함한다.
이러한 구조의 BLDC 모터에는 고정자의 코일에 전류를 공급하기 위한 구동 회로가 필요한데, 전형적인 종래의 BLDC 모터 구동 회로도로서는 도 1에 도시된 바와 같은 형태의 것이 있다.
도 1을 참조하면, 전형적인 종래의 BLDC 모터 구동 회로는, 제어 블록(102), 4개의 스위칭 소자(Q11, Q12, Q13, Q14) 및 모터(104) 등을 포함한다.
도 1에 있어서, 제어 블록(102)은, 예를 들면 단상 BLDC 모터의 전반적인 동작 제어를 수행하는 마이크로프로세서(제어 칩)인 것으로, 외부로부터 제공되는 모터 구동신호에 응답하여 두 쌍의 스위치 소자, 즉 Q11과 Q13으로 된 제 1 스위칭 소자와 Q12와 Q14로 된 제 2 스위칭 소자를 교번적으로 작동(온)시킴으로서 모터(104)에 구동 전류를 공급한다.
즉, 제어 블록(102)은 라인 L11을 통해 하이 또는 로우 레벨의 스위칭 제어신호를 발생하여 스위칭 소자 Q11과 Q13을 온 시킴으로써, 스위칭 소자 Q11과 모터(104) 및 스위칭 소자 Q13으로 이루어지는 전류 패스를 형성하여 모터(104)에 전류를 공급하고, 라인 L13을 통해 하이 또는 로우 레벨의 스위칭 제어신호를 발생하여 스위칭 소자 Q12와 Q14를 온 시킴으로써, 스위칭 소자 Q14와 모터(104) 및 스위칭 소자 Q12로 이루어지는 전류 패스를 형성하여 모터(104)에 전류를 공급한다. 이때, 제어블록(102)으로서 채용되는 제어 칩은 통상적으로 20 내지 30V 정도의 내전 압 특성을 갖는다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 전형적인 종래의 BLDC 모터 구동 회로는 제어 블록으로서 채용되는 제어 칩의 내전압 특성으로 인해 소비 전류를 절감하는데 한계를 가질 수밖에 없었다.
즉, 모터의 구동 전압을 크게 하면 할수록 구동 전류를 절감, 예컨대 100W 전력에서 구동 전압을 DC 24V로 할 경우 대략 4A 정도의 전류가 소모되는데, 구동 전압을 DC 100V로 하게 되면 1A 정도의 전류만이 소모될 것이다.
그러나, 상술한 종래의 BLDC 모터의 경우 제어 칩의 내전압이 대략 20 내지 30V 정도 밖에 안되기 때문에 모터의 구동 전압을 크게 하는데 한계를 가질 수밖에 없었다. 즉, 제어 칩의 내전압보다 높은 구동 전압을 인가할 경우 제어 칩에 치명적인 손상이 올 수 있기 때문에 모터의 구동 전압을 높이는데 한계를 가질 수밖에 없으며, 이로 인해 소비 전류를 줄이는데 한계를 가질 수밖에 없었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, BLDC 모터를 구동하는데 소모되는 전류를 절감할 수 있는 단상 BLDC 모터 구동회로 및 그 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 구동하는 회로로서, 외부로부터의 모터 구동신호에 응답하여 모터 구동을 위한 구동 제어신호를 발생하는 제어 수단과, 상기 제어 수단보다 적어도 큰 내전압 특성을 가지며, 상기 구동 제어신호에 응답하여 외부로부터의 전원 을 제 1 스위칭 수단에 선택 제공하는 제 1 구동 수단과, 상기 외부로부터의 전원을 상기 고정자의 일측으로 제공하는 상기 제 1 스위칭 수단과, 상기 제어 수단보다 적어도 큰 내전압 특성을 가지며, 상기 구동 제어신호에 응답하여 상기 외부로부터의 전원을 제 2 스위칭 수단에 선택 제공하는 제 2 구동 수단과, 상기 외부로부터의 전원을 상기 고정자의 타측으로 제공하는 상기 제 2 스위칭 수단을 포함하는 단상 BLDC 모터 구동회로를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 구동하는 방법으로서, 적어도 두 개의 스위칭 수단을 교번 동작시켜 외부 전원을 상기 BLDC 모터에 제공하는 제어 수단과 상기 적어도 두 개의 스위칭 수단 사이에 상기 제어 수단보다 적어도 큰 내전압 특성을 갖는 스위칭 구동 수단을 게재시켜 상기 BLDC 모터의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 구동 방법을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하여 단상 BLDC 모터를 구동시키는 종래 방식과는 달리, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하지 않고, 그 사이에 제어 칩보다 적어도 큰 내전압 특성 을 갖는 스위칭 구동 소자를 연결하며, 이러한 스위칭 구동 소자를 통해 스위칭 소자가 교번적으로 작동하도록 한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터 구동회로도로서, 제어 블록(202), 제 1 게이트 구동 블록(204a), 제 2 게이트 구동 블록(204b) 및 4개의 스위칭 소자(Q21, Q22, Q23, Q24) 등을 포함한다.
도 2를 참조하면, 제어 블록(202)은, 예를 들면 단상 BLDC 모터의 전반적인 동작 제어를 수행하는 마이크로프로세서(제어 칩)인 것으로, 외부로부터 제공되는 모터 구동신호에 응답하여 두 쌍의 스위치 소자, 즉 Q21과 Q23으로 된 제 1 스위칭 소자와 Q22와 Q24로 된 제 2 스위칭 소자를 교번적으로 작동(온)시키기 위한 스위칭 제어신호를 발생하여 라인 L21 및 L22를 통해 제 1 게이트 구동 블록(204a)과 제 2 게이트 구동 블록(204b)에 교번적으로 제공한다
다음에, 제 1 게이트 구동 블록(204a)은, 라인 L21을 통해 제어 블록(202)으로부터 제공되는 스위칭 제어신호에 응답하여, 라인 L23 및 L24의 출력이 게이트에 각각 연결된 스위칭 소자Q21과 Q22의 온/오프를 제어, 즉 스위칭 소자 Q21과 Q22 중 어느 하나를 선택적으로 온 시킨다.
또한, 제 2 게이트 구동 블록(204b)은, 라인 L22를 통해 제어 블록(202)으로부터 제공되는 스위칭 제어신호에 응답하여, 라인 L25 및 L26의 출력이 게이트에 각각 연결된 스위칭 소자Q23과 Q24의 온/오프를 제어, 즉 스위칭 소자 Q23과 Q24 중 어느 하나를 선택적으로 온 시킨다.
즉, 제 1 게이트 구동 블록(204a)이 스위칭 소자 Q21을 온 시키고(이때, 스위칭 소자 Q22는 오프 상태), 제 2 게이트 구동 블록(204b)이 스위칭 소자 Q23을 온 시킴으로써(이때, 스위칭 소자 Q24는 오프 상태), 스위칭 소자 Q21과 Q23을 통해 모터(206)에 전류가 공급되고, 반대로 제 1 게이트 구동 블록(204a)이 스위칭 소자 Q22를 온 시키고(이때, 스위칭 소자 Q21은 오프 상태), 제 2 게이트 구동 블록(204b)이 스위칭 소자 Q24를 온 시킴으로써(이때, 스위칭 소자 Q23은 오프 상태), 스위칭 소자 Q24와 Q22를 통해 모터(206)에 전류가 공급된다.
여기에서, 제 1 및 제 2 게이트 구동 블록(204a, 204b) 각각은, 제어 블록(202)에 비해 상대적으로 높은 내전압 특성, 예컨대 500 내지 2000V 정도의 내전압 특성을 갖는 소자이다. 이와 같이 내전압 특성이 높은 소자를 게이트 구동 블록으로 사용하는 것은 모터의 구동 전압을 상대적으로 높여 모터에서의 소비 전류를 절감하기 위해서이다.
예컨대, 제어 블록으로 사용된 제어 칩의 내전압이 20 내지 30V이고, 전력이 100W 라고 가정할 때, 종래 방식에서는 제어 칩의 손상 문제로 인해 구동 전압을 100V로 할 수가 없었으나, 본 발명에서는 내전압이 500 내지 2000V인 게이트 구동 수단(스위칭 구동 소자)을 제어 칩과 스위칭 소자 사이에 게재시켜 사용하기 때문에 모터 구동 전압을 100V로 하여 대략 1A 정도의 전류만 소모되도록 할 수가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하여 단상 BLDC 모터를 구동시키는 전술한 종래 방식과는 달리, 단상 BLDC 모터에 구동 전류를 선택적으로 제공하는 스위칭 소자와 이 스위칭 소자의 스위칭을 제어하는 제어 칩을 직접 연결하지 않고, 그 사이에 제어 칩보다 적어도 큰 내전압 특성을 갖는 스위칭 구동 소자를 연결하며, 이러한 스위칭 구동 소자를 통해 스위칭 소자가 교번적으로 작동하도록 제어함으로써, 단상 BLDC 모터를 구동하는데 소모되는 소비 전류를 대폭적으로 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 구동하는 회로로서,
    외부로부터의 모터 구동신호에 응답하여 모터 구동을 위한 구동 제어신호를 발생하는 제어 수단과,
    상기 제어 수단보다 적어도 큰 내전압 특성을 가지며, 상기 구동 제어신호에 응답하여 외부로부터의 전원을 제 1 스위칭 수단에 선택 제공하는 제 1 구동 수단과,
    상기 외부로부터의 전원을 상기 고정자의 일측으로 제공하는 상기 제 1 스위칭 수단과,
    상기 제어 수단보다 적어도 큰 내전압 특성을 가지며, 상기 구동 제어신호에 응답하여 상기 외부로부터의 전원을 제 2 스위칭 수단에 선택 제공하는 제 2 구동 수단과,
    상기 외부로부터의 전원을 상기 고정자의 타측으로 제공하는 상기 제 2 스위칭 수단
    을 포함하는 단상 BLDC 모터 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구동 수단은, 동일한 내전압 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 구동장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 구동 수단은, 500 내지 2000V의 내전압 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 구동장치.
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  5. 삭제
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