KR101317524B1

KR101317524B1 - 단상모터 구동장치

Info

Publication number: KR101317524B1
Application number: KR1020120103753A
Authority: KR
Inventors: 치엔-창 판
Original assignee: 홀텍 세미컨덕터 인코오포레이티드
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2013-10-15
Also published as: TWI455476B; CN103546086A; TW201404029A; JP5530494B2; JP2014023418A; CN103546086B

Abstract

본 발명은 제1구동회로, 제2구동회로, 제1부우트스트랩 회로, 제3구동회로, 제4구동회로와 제2부우트스트랩 회로를 포함하는 단상모터 구동회로에 관한 것이다. 제1구동신호가 고전위이고 제2구동신호가 제1펄스폭변조신호일 때 제2구동회로는 제1펄스폭변조신호에 의해 제1구동회로가 도통되도록 제어하여 단상모터를 회전시킨다. 제2구동신호가 고전위이고 제1구동신호가 제2펄스폭변조신호일 때 제4구동회로는 제2펄스폭변조신호에 의해 제3구동회로가 도통되도록 제어하여 단상모터를 회전시킨다. 본 발명은 교류단상모터에 사용할 수 있을 뿐만아니라 직류 단상모터의 정회전과 역회전을 제어하는 것에도 사용할 수 있다.

Description

단상모터 구동장치{Single Phase Motor Driving Circuit Technology}

본 발명은 구동장치에 관한 것이고 특히 단상모터 구동장치에 관한 것이다.

모터(Electric motor)는 전동기 또는 전동모터라고도 하는데 각종 전기용품에 널리 운용되어 기타 장치의 전기 설비를 구동시킨다. 모터는 기계를 구동시켜 회전운동, 진동 또는 직선운동하도록 전기 에너지를 기계 에너지로 전환하는데 직선운동하는 모터는 선형모터(LINEAR MOTOR)라고 부르고 반도체공업, 자동화공업, 공작기계, 산업기기 및 측정기공업 등에 적용된다. 회전운동하는 모터는 각 업종, 사무실, 가정 등에 적용된다. 모터의 종류는 아주 많아 대략 교류모터와 직류모터로 구분하는데 각각 다른 상황에 사용된다. 직류모터는 직류전기를 전원으로 하여 코일을 전류가 흐르게 하므로 코일 옆에 영구자석이 있고 전자로 토크를 감응하여 회전시킨다. 그러나 교류모터의 회전속도가 빈도와 정비례하기에 빈도가 높을수록 회전속도가 빨라진다. 교류모터와 직류모터도 또한 모터제어기술에서 없어서는 안될 역할로 되고 앞으로 각 공업을 발전하는 추세도 이끌어 나갔다.

일반적으로 단상교류모터에 사용되는 단상모터 구동회로는 제1a도내지 제1d도를 참고한다. 제1a도에서 제1스위치 회로(10), 제2스위치 회로(12), 제3스위치 회로(14), 제4스위치 회로(16)과 단상모터(100)로 단상모터의 구동회로를 구성하고, 이어서 제1b도를 참고하면 AT핀이 고전위이고 BT가 저전위일 때 제1c도를 참고하여 전류의 흐름 방향 mp1이 전원으로부터 Qt3, 단상모터(100)를 거쳐 Qt6으로 흐르는데 이때 단상모터(100)는180도 회전한다. AT핀이 저전위이고 BT가 고전위일 때 제1d도를 참고하여 전류의 흐름 방향 mp2가 전원으로부터 Qt4, 단상모터를 거쳐 Qt5로 흐르는데 이때 단상모터(100)는 180도내지 360도 회전한다. 따라서 단상모터(100)는 제1스위치 회로(10), 제2스위치 회로(12), 제3스위치 회로(14), 제4스위치 회로(16)를 통해 단상모터(100)를 회전시킨다.

종래기술의 문제점은 다음과 같다.

1. 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor, BJT)를 채용하여 스위치를 제어하기에 트랜지스터(BJT)에 압력 강하가 발생하게 되고 총 전압에서 트랜지스터(BJT)의 압력 강하를 빼면 단상모터의 전압이다. 어떻게 출력으로 트랜지스터를 스위칭하는 압력 강하를 줄여 모터의 구동토션을 향상시키는 것이 주요한 과제이다.

2. H-Bridge 구동회로의 윗, 아래암 MOS Gate의 구동은 구동회로의 RC효과를 고려하여야 하므로 제1스위치 회로(10), 제2스위치 회로(12) 또는 제3스위치 회로(14), 제4스위치 회로(16)를 동시에 도통하여 단락전류를 발생하고 다수개의 스위치 회로를 소각하는 것을 초래할 수 있다.

3. 종래의 단상모터 구동회로는 여섯개 트랜지스터 또는 여덟개 트랜지스터가 필요하는데 어떻게 원가를 낮추는 것이 현재 주요한 과제이다.

또한 대만특허번호 제1369849호의 제1b도와 제5a도를 참고하면 종래기술에서 모터구동회로를 적용한 실시예인데 트랜지스터를 스위치로 채용하고 상하 트랜지스터는 동시에 도통하여 트랜지스터를 소각시키는 문제점도 있다.

이상의 단상모터 구동회로의 문제를 감안하여 어떻게 이러한 문제를 해결하는 것이 단상모터 구동회로를 검토하는 목적이다.

1. 대만특허 제1369849 B1

본 발명은 제1구동회로, 제2구동회로, 제1부우트스트랩 회로, 제3구동회로, 제4구동회로와 제2부우트스트랩 회로를 포함하는 단상모터 구동장치를 제공한다. 제1구동회로는 제1전원과 단상모터의 제1측에 연결된다. 제2구동회로는 제2구동신호를 수신받고 제1구동회로와 그라운드에 연결된다. 제1부우트스트랩 회로는 제2전원, 제1구동회로와 단상모터의 제1측에 연결되고 제1구동신호가 고전위일 때 제1부우트스트랩 회로는 제1구동회로에 제1바이어스를 제공하여 제1구동회로를 도통시킨다. 제3구동회로는 제1전원과 단상모터의 제2측에 연결된다. 제4구동회로는 제1구동신호를 수신받고 제3구동회로와 그라운드에 연결된다. 제2부우트스트랩 회로는 제2전원, 제3구동회로와 단상모터의 제2측에 연결되고 제2구동신호가 고전위일 때 제2부우트스트랩 회로는 제3구동회로에 제2바이어스를 제공하여 제3구동회로를 도통시킨다. 여기서 제1구동신호가 고전위이고 제2구동신호가 제1펄스폭변조신호일 때 제2구동회로는 제1펄스폭변조신호에 의해 제1구동회로가 닫기거나 또는 도통되도록 제어하고 제1구동회로가 도통되면 제1전원에서 제공한 전류가 제1구동회로, 단상모터, 제2부우트스트랩 회로, 제4구동회로를 거쳐 그라운드로 흘러 단상모터를 회전시킨다. 제2구동신호가 고전위이고 제1구동신호가 제2펄스폭변조신호일 때 제4구동회로는 제2펄스폭변조신호에 의해 제3구동회로가 닫기거나 또는 도통되도록 제어하고 제3구동회로가 도통되면 제1전원에서 제공한 전류가 제3구동회로, 단상모터, 제1부우트스트랩 회로, 제2구동회로를 거쳐 그라운드로 흘러 단상모터를 회전시킨다.

그러므로 본 발명을 채용하는 주요한 효과는 1. 모터토크를 향상하고, 2.하드웨어 회로로 설계하여 H-Bridge 윗, 아래암의 스위치가 동시에 도통되는 것을 방지하여 단락효과로 인한 회로의 소각을 피면하며, 3.구동회로방안의 원가를 낮추는 등이 있다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특정, 장점이 더욱 뚜렷하고 이해하기 쉽게 하기 위해 아래에서 다수개의 바람직한 실시예를 들어 첨부도면에 결부하여 다음과 같이 상세하게 설명한다.

제1a도는 종래기술의 단상모터 구동회로의 예시도이고,
제1b도는 종래기술의 단상모터 구동신호의 예시도이고,
제1c도는 종래기술의 단상모터 구동회로의 경로 예시도이고,
제1d도는 종래기술의 단상모터 구동회로의 경로 예시도이고,
제2a도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 블록다이어그램이고,
제2b도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 회로도이고,
제2c도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 제1경로 예시도이고,
제2d도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 펄스폭변조 예시도이고,
제2e도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 제2경로 예시도이고,
제3a도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 블록다이어그램이고,
제3b도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 제1경로 예시도이고,
제3c도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 제2경로 예시도이고,
제4도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제3실시예의 회로도이다.

이어서 제2a도를 참고하면 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 블록다이어그램이고 본 발명의 단상모터 구동장치는 제1구동회로(20), 제2구동회로(30), 제1부우트스트랩 회로(40), 제3구동회로(60), 제4구동회로(70)와 제2부우트스트랩 회로(80)를 포함한다. 제1구동회로(20)는 제1전원(Vcc1)과 단상모터(100)의 제1측에 연결된다. 제2구동회로(30)는 제2구동신호를 수신받고 제1구동회로(20)와 그라운드에 연결된다. 제1부우트스트랩 회로(40)는 제2전원(Vcc2), 제1구동회로(20)와 단상모터(100)의 제1측에 연결되고 제1구동신호가 고전위일 때 제1부우트스트랩 회로(40)는 제1구동회로(20)에 제1바이어스를 제공하여 제1구동회로(20)를 도통시킨다. 제3구동회로(60)는 제1전원(Vcc1)과 단상모터의 제2측에 연결된다. 제4구동회로(70)는 제1구동신호를 수신받고 제3구동회로(60)와 그라운드에 연결된다. 제2부우트스트랩 회로(80)는 제2전원(Vcc2), 제3구동회로(60)와 단상모터(100)의 제2측에 연결되고 제2구동신호가 고전위일 때 제2부우트스트랩 회로(80)는 제3구동회로(60)에 제2바이어스를 제공하여 제3구동회로(60)를 도통시킨다.

여기서 제1구동신호가 고전위이고 제2구동신호가 제1펄스폭변조신호일 때 제2구동회로(30)는 제1펄스폭변조신호에 의해 제1구동회로(20)가 닫기거나 또는 도통되도록 제아하고 제1구동회로(20)가 도통되면 제1전원(Vcc1)에서 제공한 전류가 제1구동회로(20), 단상모터(100), 제2부우트스트랩 회로(80), 제4구동회로(70)를 거쳐 그라운드로 흘러 단상모터(100)를 구동하여 회전시킨다. 제2구동신호가 고전위이고 제1구동신호가 제2펄스폭변조신호일 때 제4구동회로(70)는 제2펄스폭변조신호에 의해 제3구동회로(60)가 닫기거나 도통되도록 제어하고 제3구동회로(60)가 도통되면 제1전원(Vcc1)에서 제공한 전류가 제3구동회로(60), 단상모터(100), 제1부우트스트랩 회로(40), 제2구동회로(30)를 거쳐 그라운드로 흘러 제2구동회로(30)를 통해 단상모터(100)를 구동하고 회전시킨다.

이어서 제2b도를 참고하면 본 발명의 단상모터(100) 구동회로의 제1실시예의 회로도이고 이 실시예에서 제1전원(Vcc1)과 제2전원(Vcc2)은 같은 전원(Vcc)을 채용한다. 여기서 제1구동회로(20)는 N채널의 제1전계효과 트랜지스터(Q1)이며 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 제1단은 드레인이고, 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 제2단은 게이트이고, 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 제3단은 소스이다.

여기서 제2구동회로(30)는 제2전계효과 트랜지스터(Q2), 제7저항(R7)과 제6저항(R6)을 포함한다. 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제1단은 제1구동회로(20)에 연결되고 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제3단은 그라운드에 연결된다. 제7저항(R7)의 제1단은 제2구동신호(PWM2)에 연결되고 제7저항(R7)의 제2단은 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제2단에 연결된다. 제6저항(R6)의 제1단은 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제2단에 연결되고 제6저항의 제2단은 그라운드에 연결된다. 제2전계효과 트랜지스터(Q2)는 N채널의 전계효과 트랜지스터이며 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제1단은 드레인이고 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제2단은 게이트이고 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제3단은 소스이다. 제2구동신호(PWM2)는 제7저항(R7)과 제6저항(R6)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제2전계효과 트랜지스터(Q2)의 제2단(게이트)에 연결되고 제2전계효과 트랜지스터(Q2)를 도통시킨다.

여기서 제1부우트스트랩 회로(40)는 제1다이오드(D1), 제1저항(R1), 제1제너 다이오드(ZD1)와 제1콘덴서(C1)를 포함한다. 제1다이오드(D1)의 제1단은 전원(Vcc)에 연결된다. 제1저항(R1)의 제1단은 제1다이오드(D1)의 제2단에 연결되고 제1저항(R1)의 제2단은 제1구동회로(20)의 제2단에 연결된다. 제1제너 다이오드(ZD1)의 제1단은 N형이고 제1제너 다이오드(ZD1)의 제2단은 P형이며 제1제너 다이오드(ZD1)의 제1단은 제1구동회로(20)의 제2단에 연결되고 제1제너 다이오드(ZD1)의 제2단은 단상모터(100)의 제1측에 연결된다. 제1콘덴서(C1)의 제1단은 제1저항(R1)의 제1단과 제1다이오드(D1)의 제2단에 연결되고 제1콘덴서(C1)의 제2단은 단상모터(100)의 제1측에 연결된다.

여기서 제3구동회로(60)는 N채널 제3전계효과 트랜지스터(Q3)이다. 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 제1단은 드레인이고 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 제2단은 게이트이며 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 제3단은 소스이다.

여기서 제4구동회로(70)는 제4전계효과 트랜지스터(Q4), 제8저항(R8)과 제9저항(R9)을 포함한다. 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제1단은 제3구동회로(60)에 연결되고 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제3단은 그라운드에 연결된다. 제8저항(R8)의 제1단은 제1구동신호(PWM1)에 연결되고 제8저항(R8)의 제2단은 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제2단에 연결된다. 제9저항(R9)의 제1단은 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제2단에 연결되고 제9저항(R9)의 제2단은 그라운드에 연결된다. 제4전계효과 트랜지스터(Q4)는 N채널 전계효과 트랜지스터이며 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제1단은 드레인이고 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제2단은 게이트이고 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제3단은 소스이다. 제1구동신호(PWM1)는 제8저항(R8)과 제9저항(R9)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 제2단(게이트)에 연결되고 제2전계효과 트랜지스터(Q4)를 도통시킨다.

여기서 제2부우트스트랩 회로(80)는 제2다이오드(D2), 제2저항(R2), 제2제너 다이오드(ZD2)와 제2콘덴서(C2)를 포함한다. 제2다이오드(D2)의 제1단은 전원(Vcc)에 연결된다. 제2저항(R2)의 제1단은 제2다이오드(D2)의 제2단에 연결되고 제2저항(R2)의 제2단은 제3구동회로(60)의 제2단에 연결된다. 제2제너 다이오드(ZD2)의 제1단은 N형이고 제2제너 다이오드(ZD2)의 제2단은 P형이며 제2제너 다이오드(ZD2)의 제1단은 제3구동회로(60)의 제2단에 연결되고 제2제너 다이오드(ZD2)의 제2단은 단상모터(100)의 제2측에 연결된다. 제2콘덴서(C2)의 제1단은 제2저항의 제1단과 제2다이오드(D2)의 제2단에 연결되고 제2콘덴서(C2)의 제2단은 단상모터(100)의 제2측에 연결된다.

이어서 제2c도를 참고하면 본 발명의 단상모터(100) 구동회로의 제1실시예의 제1경로 예시도이다. 이와 동시에 모터의 제어에는 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM으로 약칭함)제어신호가 필요하기 때문에 PWM의 신호파형의 측정은 제2D도를 참고하는데 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 펄스폭변조 예시도이다. 펄스폭변조(PWM)란 펄스폭을 조정할 수 있는 일련의 신호를 가리키는데 이것은 본 기술에 익숙하는 자에게 숙지되어 있기에 설명을 생략한다. 제1구동신호(PWM1)가 고전위이고 제2구동신호(PWM2)가 제1펄스폭변조신호일 때 제2전계효과 트랜지스터(Q2)는 제1펄스폭변조신호에 의해 제1전계효과 트랜지스터(Q1)가 닫기거나 또는 열게 되도록 제어하고 이때 제2구동신호(PWM2)와 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트 측정점(TQ1)의 관계도는 제2D도와 제2C도를 참고한다.

제1구동신호(PWM1)가 고전위이며 제2구동신호(PWM2)가 제1펄스폭변조신호이고 제1펄스폭변조신호가 저전위일 때 제2전계효과 트랜지스터(Q2)는 도통되지 않는다. 제1구동신호(PWM1)가 고전위일 때 제8저항(R8)과 제9저항(R9)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제4전계효과 트랜지스터(Q4)가 Vgs>Vt로 되게 한다. 제4전계효과 트랜지스터(Q4)가 도통된 후 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 게이트를 저전위단으로 당기고 이때 제3전계효과 트랜지스터(Q3)는 도통되지 않는데 즉 그 어떤 전류도 제3전계효과 트랜지스터(Q3)를 통과하지 않는다는 것이다. 여기서 제1부우트스트랩 회로(40)는 제1다이오드(D1), 제1저항(R1), 제1콘덴서(C1)와 제1제너 다이오드(ZD1)로 구성하고 전류가 제1다이오드(D1)를 통과하여 제1콘덴서(C1)를 충전하며 전류가 또한 제1저항(R1)과 제1제너 다이오드(ZD1)를 통과하여 모터의 제1측으로 흐른다. 이때 제1제너 다이오드(ZD1)는 바이어스를 발생하여 제1전계효과 트랜지스터(Q1)로 제공하는데 제1전계효과 트랜지스터(Q1)가 Vgs>Vt로 되어 제1전계효과 트랜지스터(Q1)를 도통시킨다. 따라서 전류가 흐르는 경로(path1)는 Vcc전원으로부터 제1전계효과 트랜지스터(Q1), 단상모터(100), 제2제너 다이오드(ZD2), 제4전계효과 트랜지스터(Q4)를 거쳐 그라운드로 흘러 path1이 전류를 발생하여 단상모터로 흐른다.

제1구동신호(PWM1)가 고전위이며 제2구동신호(PWM2)가 제1펄스폭변조신호이고 제1펄스폭변조신호가 고전위일 때 제7저항(R7)과 제6저항(R6)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제2전계효과 트랜지스터(Q2)가 Vgs>Vt로 되게 한다. 제2전계효과 트랜지스터(Q2)가 도통된 후 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트가 저전위로 당겨지므로 제1전계효과 트랜지스터(Q1)가 닫게 되고 이때 Vcc전원이 제1전계효과 트랜지스터(Q1)로 흐리지 못해 path1이 전류를 발생하여 단상모터로 흐리지 못하게 된다.

전계효과 트랜지스터를 스위치로 채용하므로 전계효과 트랜지스터의 압력 강하이 작고 따라서 단상모터(100)의 회전전압이 높아지며 단상모터(100)의 전압이 높으면 전류가 높아진다. 단상모터(100)의 토크는 전압, 전류와 정비례하는데 전압과 전류가 높으면 단상모터(100)의 토크가 향상된다. 예를 들어 path1을 예로 하면 전류가 통과하는 경로는 제1전계효과 트랜지스터(Q1), 단상모터(100), 제2제너 다이오드(ZD2), 제4전계효과 트랜지스터(Q4)이다. 현재 전원(Vcc)을 24V, 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 전압 강하를 0.1V, 제2제너 다이오드(ZD2)의 전압 강하를 0.7V, 제4전계효과 트랜지스터(Q4)의 전압 강하를 0.1V, 단상모터(100) 양측의 전압 강하를 24볼트에서 0.9V(0.7V+0.1V+0.1V)를 뺀 후 얻은 전압 23.1V로 한다. 종래기술을 비교하면 제1도를 참고하여 한 트랜지스터가 0.8V이고 두개가 1.6V이기에 24볼트에서 두개 트랜지스터의 경로를 빼면 획득한 단상모터(100)의 전압은 24볼트에서 1.6V를 뺀 22.4볼트이다. 본 발명을 운용하여 획득한 단상모터(100)의 전압이 종래기술보다 0.7V 높아졌기에 본 발명을 운용하면 단상모터의 토크를 증가할 수 있다.

이어서, 제2e도를 참고하면 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 제2경로 예시도이다. 이와 동시에, 모터의 제어에도 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM으로 약칭함)제어신호가 필요하므로 PWM의 신호파형의 측정은 제2D도를 참고하는데 본 발명의 단상모터 구동회로의 제1실시예의 펄스폭변조 예시도이다. 제2구동신호(PWM2)가 고전위이고 제1구동신호(PWM1)가 제2펄스폭변조신호일 때 제4전계효과 트랜지스터(Q4)는 제2펄스폭변조신호에 의해 제3전계효과 트랜지스터(Q3)가 닫기거나 열게 되도록 제어하는데 이때 제1구동신호(PWM1)와 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 게이트 측정점(TQ3)의 관계도는 제2d도와 제2e도를 참고한다.

제2구동신호(PWM2)가 고전위이며 제1구동신호(PWM1)가 제2펄스폭변조신호이고 제2펄스폭변조신호가 저전위일 때 제4전계효과 트랜지스터(Q4)는 도통되지 않는다. 제2구동신호(PWM2)가 고전위일 때 제6저항(R6)과 제7저항(R7)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제2전계효과 트랜지스터(Q2)가 Vgs>Vt로 되게 하고 제2전계효과 트랜지스터(Q2)가 도통되면 제1전계효과 트랜지스터(Q1)의 게이트가 저전위단으로 당겨진다. 이때 제1전계효과 트랜지스터(Q1)가 도통되지 않는데 즉 그 어떤 전류도 제1전계효과 트랜지스터(Q1)를 통과하지 않는다. 여기서 제2부우트스트랩 회로(80)는 제2다이오드(D2), 제2저항(R2), 제2콘덴서(C2)와 제2제너 다이오드(ZD2)로 구성되는데 전류가 제2다이오드(D2)를 통과하여 제2콘덴서(C2)를 충전하고 전류가 또한 제2저항(R2)과 제2제너 다이오드(ZD2)를 통과하여 모터의 제2측으로 흐른다. 이때 제2제너 다이오드(ZD2)는 바이어스를 발생하여 제3전계효과 트랜지스터(Q3)로 제공하는데 이때 제3전계효과 트랜지스터(Q3)는 Vgs>Vt이고 제3전계효과 트랜지스터(Q3)를 도통시키므로 전류가 흐르는 경로(path2)는 Vcc로부터 제3전계효과 트랜지스터(Q3), 단상모터(100), 제1제너 다이오드(ZD1), 제2전계효과 트랜지스터(Q2)를 거쳐 그라운드로 흐르는데 path2에 전류를 발생하여 단상모터로 흐른다.

제2구동신호(PWM2)가 고전위이며 제1구동신호(PWM1)가 제2펄스폭변조신호이고 제2펄스폭변조신호가 고전위일 때 제8저항(R8)과 제9저항(R9)의 분압에 의해 게이트 전압을 발생하여 제4전계효과 트랜지스터(Q4)를 Vgs>Vt로 한다. 제4전계효과 트랜지스터(Q4)가 도통되면 제3전계효과 트랜지스터(Q3)의 게이트를 저전위에 연결시키므로 제3전계효과 트랜지스터(Q3)가 닫게 되고 이때 Vcc전원이 제3전계효과 트랜지스터(Q3)로 흐리지 못해 path2에 전류를 발생하여 단상모터로 흐르지 못하게 된다.

본 발명을 운용하여 교류 단상모터(100)에서 제1구동신호(PWM1)가 고전위이고 제2구동신호(PWM2)가 제1펄스폭변조신호일 때 단상모터(100)가 순방향 바이어스를 받기에 180도 회전하게 된다. 제1구동신호(PWM1)가 제2펄스폭변조신호이고 제2구동신호(PWM2)가 고전위일 때 단상모터(100)가 역방향 바이어스를 받기에 180도에서 360도로 회전하게 된다. 제1구동신호(PWM1)와 제2구동신호(PWM2)의 신호제어를 반복할 때 단상모터(100)는 순방향 회전하게 된다. 본 발명은 교류 단상모터에 사용할 수 있을 뿐만아니라 직류 단상모터의 정회전과 역회전을 제어하는 것에도 사용할 수 있다.

이어서, 제3a도를 참고하면 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 블록다이어그램인데 모터가 회전방향을 바꿀 때 단상모터(100)구동회로는 일부 순전류가 접지하여야 하므로 제1정류회로(50)와 제2정류회로(90)의 설치를 증가할 수 있다. 제2a도의 회로에서 제1정류회로(50)와 제2정류회로(90)를 가하면 제3a도이다. 여기서 제1정류회로(50)의 제1단은 단상모터(100)의 제1측에 연결되고 제1정류회로(50)의 제2단은 그라운드에 연결된다. 제2정류회로(90)의 제1단은 단상모터(100)의 제2측에 연결되고 제2정류회로(90)의 제2단은 그라운드에 연결된다.

제3b도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 제1경로 예시도이다. 제1정류회로(50)는 제3다이오드(D3)인데 제3다이오드(D3)의 제1단은 N형이고 그 제2단은 P형이다. 현재 전류가 통과하는 회로를 제1전계효과 트랜지스터(Q1), 단상모터(100), 제2제너 다이오드(ZD2)와 제4전계효과 트랜지스터(Q4)를 거쳐 그라운드로 흐르는 것으로 하면 단상모터(100)가 전향할 때 제1전계효과 트랜지스터(Q1)를 닫아야 하고 이때 유도성 부하때문에 렌츠 법칙에 의해 단상모터가 전원을 닫으면 단상모터(100)에 순방향 전류가 존재한다는 것을 알 수 있고 이때 루프를 형성하여 전류를 그라운드로 가이드하고 단상모터가 불안정한 상황을 발생하는 것을 피면하도록 제3다이오드(D3)를 순방향 전류의 유동방향으로 하여야 한다. 제3b도의 tpath1경로를 참고하면 순방향전류의 유동방향은 제3다이오드(D3), 단상모터(100), 제2제너 다이오드(ZD2)와 제4전계효과 트랜지스터(Q4)를 거쳐 그라운드에 연결하는 것인데 이때 순방향 전류가 모두 흐르면 정식적으로 방향을 바꿀 수 있다.

제3c도는 본 발명의 단상모터 구동회로의 제2실시예의 제2경로 예시도이다. 제2정류회로는 제4다이오드(D4)인데 제4다이오드의 제1단은 N형이고 제4다이오드의 제2단은 P형이다. 현재 전류가 제2전계효과 트랜지스터(Q2), 단상모터(100), 제1제너 다이오드(ZD1)와 제2전계효과 트랜지스터(Q2)를 거쳐 그라운드으로 흐르는 것으로 하면 단상모터(100)가 재차 전향할 때 제3전계효과 트랜지스터(Q3)를 닫아야 하고 이때 단상모터(100)에는 순방향 전류가 존재하며 이때 제4다이오드(D4)를 순방향 전류의 유동방향으로 하여야 한다. 제3C도의 tpath2경로를 참고하면 순방향 전류의 유동방향은 제4다이오드(D4), 단상모터(100), 제1제너 다이오드(ZD1)와 제2전계효과 트랜지스터(Q2)를 거쳐 그라운드에 연결하는 것인데 이때 순방향 전류가 모두 흐른 후 정식적으로 방향을 바꿀 수 있다.

이어서, 제4도를 참고하면 본 발명의 단상모터 구동회로의 제3실시예의 회로도이고 본 발명이 쌍전원 구조를 운용하는 실시예이다. 제1구동회로(20)와 제3구동회로(60)의 Vcc1이 24V일 때 제1부우트스트랩 회로(40)와 제2부우트스트랩 회로(80)의 Vcc2는 12V일 수 있다. 쌍전원 구조를 채용하면 고전압인 경우에서 단상모터를 회전시킬 수 있다.

본 발명은 새로운 H-Bridge회로를 제공하는데 H-Bridge회로의 새로운 윗암회로는 제1구동회로(20)와 제3구동회로(60)로 구성되고 아래암회로는 제2구동회로(30)와 제4구동회로(70)로 구성되며 본 발명은 윗암회로와 아래암회로가 동시에 도통되지 못하는 문제점을 해결하였다. 본 발명은 제1구동회로(20)와 제2구동회로(30)가 동시에 도통되지 못하는 문제점을 해결하는데 예를 들어 제2구동회로(30)가 도통되면 제1구동회로(20)는 반드시 닫게 되고 제2구동회로(30)가 닫게 되면 제1구동회로(20)가 반드시 열게 되는 상황이다. 따라서 제1구동회로(20)와 제2구동회로(30)는 주종관계이고 제1구동회로(20)의 도통 또는 닫음은 제2구동회로(30)에 의해 결정된다. 동일하게 본 발명은 제3구동회로(60)와 제4구동회로(70)가 동시에 도통되는 못하는 문제점도 해결하는데 즉 제4구동회로(70)가 도통되면 제3구동회로(60)가 반드시 닫게 되고 제4구동회로(70)가 닫게 되면 제3구동회로(60)가 반드시 열게 되는 상황이며 제3구동회로(60)와 제4구동회로(70)가 주종관계이고 제3구동회로(60)의 도통 또는 닫음은 제4구동회로(70)에 의해 결정된다. 따라서 본 발명의 회로는 제1구동회로(20)와 제2구동회로(30) 또는 제3구동회로(60)와 제4구동회로(70)가 동시에 도통되어 단락전류를 발생하여 구동회로내의 트랜지스터를 소각하는 상황이 없다.

따라서 본 발명을 운용하면 낮은 원가를 실현하고 토크를 향상시키며 구동회로를 보호할 수 있는 장점이 있다. 실제사용에서 본 발명은 두개의 제어신호만 운용하면 되는데 단상모터(100) 구동회로를 소각하는 것을 피면하도록 종래의 단상모터(100)의 제어회로는 네개 제어신호를 사용하고 제어의 순서가 아주 정확하여야 하지만 본 발명은 구동회로의 제어를 통해 순서를 정확하게 제어하므로 단순히 두개 신호를 제어해도 단상모터(100)를 회전시킬 수 있다.

Rt2 제2구동저항
Rt3 제3구동저항
Rt4 제4구동저항
Rt5 제5구동저항
Rt6 제6구동저항
Rt7 제7구동저항
Rt8 제8구동저항
Rt9 제9구동저항
Qt1 제1구동트랜지스터
Qt2 제2구동트랜지스터
Qt3 제3구동트랜지스터
Qt4 제4구동트랜지스터
Qt5 제5구동트랜지스터
Qt6 제6구동트랜지스터
Dt1 제1구동다이오드
Dt2 제2구동다이오드
10 제1스위치 회로
12 제2스위치 회로
14 제3스위치 회로
16 제4스위치 회로
20 제1구동회로
30 제2구동회로
40 제1부우트스트랩 회로
50 제1정류회로
60 제3구동회로
70 제4구동회로
80 제2부우트스트랩 회로
90 제2정류회로
100 단상모터
Q1 제1전계효과 트랜지스터
Q2 제2전계효과 트랜지스터
Q3 제3전계효과 트랜지스터
Q4 제4전계효과 트랜지스터
D1 제1다이오드
R1 제1저항
C1 제1콘덴서
ZD1 제1제너 다이오드
R6 제6저항
R7 제7저항
D2 제2다이오드
R2 제2저항
C2 제2콘덴서
ZD2 제2제너 다이오드
R8 제8저항
R9 제9저항

Claims

제1전원과 단상모터의 제1측에 연결되는 제1구동회로;
제2구동신호를 수신받고 상기 제1구동회로와 그라운드에 연결되는 제2구동회로;
제2전원, 상기 제1구동회로와 상기 단상모터의 상기 제1측에 연결되고, 제1구동신호가 고전위일 때 제1부우트스트랩 회로가 상기 제1구동회로에 제1바이어스를 제공하여 상기 제1구동회로를 도통시키는 제1부우트스트랩 회로;
상기 제1전원과 상기 단상모터의 제2측에 연결되는 제3구동회로;
제1구동신호를 수신받고 상기 제3구동회로와 그라운드에 연결되는 제4구동회로; 및
상기 제2전원, 상기 제3구동회로와 상기 단상모터의 상기 제2측에 연결되고, 상기 제2구동신호가 고전위일 때 제2부우트스트랩 회로가 상기 제3구동회로에 제2바이어스를 제공하여 상기 제3구동회로를 도통시키는 제2부우트스트랩 회로를 포함하고,
상기 제1구동신호가 고전위이고 상기 제2구동신호가 제1펄스폭변조신호일 때, 상기 제2구동회로는 상기 제1펄스폭변조신호에 의해 상기 제1구동회로가 닫기거나 또는 도통되도록 제어하고, 상기 제1구동회로가 도통되면 상기 제1전원에서 제공한 전류가 상기 제1구동회로, 상기 단상모터, 상기 제2부우트스트랩 회로, 상기 제4구동회로를 거쳐 그라운드로 흘러 상기 단상모터를 회전시키며,
상기 제2구동신호가 고전위이고 상기 제1구동신호가 제2펄스폭변조신호일 때, 상기 제4구동회로는 상기 제2펄스폭변조신호에 의해 상기 제3구동회로가 닫기거나 또는 도통되도록 제어하고, 상기 제3구동회로가 도통되면 상기 제1전원에서 제공한 전류가 상기 제3구동회로, 상기 단상모터, 상기 제1부우트스트랩 회로, 상기 제2구동회로를 거쳐 그라운드로 흘러 상기 단상모터를 회전시키는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1부우트스트랩 회로는,
제1단이 상기 제2전원에 연결되는 제1다이오드;
제1단이 상기 제1다이오드의 제2단에 연결되고 제2단이 상기 제1구동회로에 연결되는 제1저항;
제1단이 상기 제1구동회로에 연결되고 제2단이 상기 단상모터의 상기 제1측에 연결되는 제1제너 다이오드; 및
제1단이 상기 제1저항의 제1단에 연결되고 제2단이 상기 단상모터의 상기 제1측에 연결되는 제1콘덴서를 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제2부우트스트랩 회로는,
제1단이 상기 제2전원에 연결되는 제2다이오드;
제1단이 상기 제2다이오드의 제2단에 연결되고 제2단이 상기 제3구동회로에 연결되는 제2저항;
제1단이 상기 제3구동회로에 연결되고 제2단이 상기 단상모터의 상기 제2측에 연결되는 제2제너 다이오드; 및
제1단이 상기 제2저항의 제1단에 연결되고 제2단이 상기 단상모터의 상기 제2측에 연결되는 제2콘덴서를 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 제1단이 상기 단상모터의 상기 제1측에 연결되고 제2단이 그라운드에 연결되는 제1정류회로를 더 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 제1단이 상기 단상모터의 상기 제2측에 연결되고 제2단이 그라운드에 연결되는 제2정류회로를 더 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1구동회로는 제1전계효과 트랜지스터인 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제3구동회로는 제3전계효과 트랜지스터인 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제2구동회로는,
제1단이 상기 제1구동회로에 연결되고 제3단이 상기 그라운드에 연결되는 제2전계효과 트랜지스터;
제1단이 상기 제2구동신호를 수신받고 제2단이 상기 제2전계효과 트랜지스터의 제2단에 연결되는 제7저항; 및
제1단이 상기 제2전계효과 트랜지스터의 제2단에 연결되고 제2단이 그라운드에 연결되는 제6저항을 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제4구동회로는,
제1단이 상기 제3구동회로에 연결되고 제3단이 그라운드에 연결되는 제4전계효과 트랜지스터;
제1단이 상기 제1구동신호를 수신받고 제2단이 상기 제4전계효과 트랜지스터의 제2단에 연결되는 제8저항; 및
제1단이 상기 제4전계효과 트랜지스터의 제2단에 연결되고 제2단이 그라운드에 연결되는 제9저항을 포함하는 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1전원과 상기 제2전원의 전압은 같은 전원인 단상모터 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1전원의 전압이 상기 제2전원의 전압보다 크는 단상모터 구동장치.