KR101333155B1 - 모터 구동 회로 보호 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 모터를 구동하는 구동 전류를 발생시키는 구동 전류 드라이버; 상기 구동 전류를 제공받는 모터 입력단의 전압을 측정하여 측정한 값을 입력단 측정 전압으로서 출력하는 전압 센서; 상기 모터 입력단과 접지 사이를 연결 또는 차단하는 스위칭을 수행하는 스위칭부; 상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 상기 모터 입력단에 흐르는 전류인 모터 입력단 전류가 상기 구동 전류 드라이버로 흘러가지 않도록 하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 제어부;를 포함한다.

Description

모터 구동 회로 보호 장치{Apparatus for protecting motor driver circuit}
본 발명은 모터 구동 회로 보호 장치로서, 모터를 구동시키는 구동 회로를 외부의 전기적인 영향으로부터 보호하는 장치이다.
레이더장치, 무장 장치 등의 국방에 관련된 많은 전자 장치는 전자 장치의 열을 냉각시키는 등의 용도로서 팬(fan)을 사용하고 있다.
모터에 의해 회전하는 팬(fan)은 도 1과 같이 플레밍의 왼손법칙(Fleming's Left Hand Rule)에 따라 고정자(stator)에 전류를 인가하면 자기장(Magnetic Field)이 형성되고, 형성된 자기장에 의해 회전자(Rotator)가 정해진 방향으로 일정하게 회전하도록 되어 있다. 만약, 팬이 정해진 방향과 반대 방향으로 회전하는 경우, 전원이 인가되지 않은 상태에서 회전하는 경우와 전원이 인가된 상태에서 정해진 회전수(rpm)보다 빠르게 회전하는 경우 등에 대해 팬은 오동작을 일으킬 수 있으며 제어 소자에 문제가 발생될 수 있다. 일반적으로 상용 팬들은 이러한 점에 대한 보상/방지책이 반영되어 있지 않으며, 특수한 목적으로 사용되는 팬들 또한 이러한 문제점을 간과하고 있다.
도 2를 참조하여, 전원이 인가되지 않은 상태에서 회전하는 경우와 전원이 인가된 상태에서 정해진 회전수보다 빠르게 회전하는 경우로 인하여 팬이 오동작을 일으키는 문제를 살펴본다.
먼저, 전원이 인가되지 않은 상태에서 강제로 팬을 회전시키거나 외부 바람 등에 의해 역회전이 발생한다면, 팬을 구동시키는 모터(500)의 고정자에서 역기 전력이 발생하여 구동 전류 드라이버(200)에 손상을 발생시킬 수 있다. 즉, 발생된 역기전력이 제어회로 내에 전압을 상승시켜 구동 전류 드라이버(200)내의 콘덴서와 스위칭 소자(MOSFET) 등에 손상을 발생시킬 수 있다. 일반적으로 팬을 구동시키는 모터(500)는 전기에너지를 운동에너지로 변환시키는 매커니즘이나, 동일한 매커니즘에서 역으로 동작한다면, 운동에너지를 전기에너지로 변환시키게 된다. 이는 모터(motor)가 발전기(generator)의 기능을 수행하게 되는 것이다.
전원을 인가한 상태에서 팬의 정해진 회전수보다 빠르게 회전하는 경우에는, 모터(500)의 제어 알고리즘에 의해 팬을 정해진 회전수로 회전시키기 위해 역방향 제어(역토크)를 하려고 한다. 이 경우, 모터(500)가 발전기(회생모드)로 동작하여 전류가 생성되고 생성된 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 역으로 유입되어 콘덴서에 충전된다. 충전된 전하로 인해, 구동 전류 드라이버(200)의 전압이 상승하게 되고 상승된 전압으로 구동 전류 드라이버(200)내의 콘덴서와 스위칭 소자가 소손될 수 있다.
결국, 상기에서 기술한 바와 같이 예기치 못한 요인으로 전원을 인가하지 않은 상태에서 동작하거나 전원이 인가된 상태에서 정해진 회전 속도보다 빠르게 동작하는 경우에 팬이 회전하게 된다면 팬을 제어하는 모터의 제어회로 내 제어 소자에 영향을 주어 오동작 또는 손상을 주는 문제가 있다.
한국공개특허 10-2012-0005668
본 발명의 기술적 과제는 외부 요인의 영향에 둔감하고 외란에 강인한 고신뢰성의 모터의 구동 회로를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 모터의 구동 회로의 소모 주기를 늘려서 경제성을 향상시키는데 있다.
본 발명의 실시 형태는 모터를 구동하는 구동 전류를 발생시키는 구동 전류 드라이버; 상기 구동 전류를 제공받는 모터 입력단의 전압을 측정하여 측정한 값을 입력단 측정 전압으로서 출력하는 전압 센서; 상기 모터 입력단과 접지 사이를 연결 또는 차단하는 스위칭을 수행하는 스위칭부; 상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 상기 모터 입력단에 흐르는 전류인 모터 입력단 전류가 상기 구동 전류 드라이버로 흘러가지 않도록 하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 제어부;를 포함한다.
또한 스위칭부는, 상기 제어부에서 출력되는 스위칭 제어 신호를 입력받아 직류 신호 형태의 DC 제어 신호로서 변환하여 출력하는 스위칭 제어 모듈; 상기 DC 제어 신호에 따라서 상기 모터 입력단 전류를 접지로 연결시키거나 또는 차단하는 스위칭 소자;를 포함한다.
또한 모터 구동 회로 보호 장치는, 상기 스위칭 소자의 도통으로 인하여 모터 입력단 전류를 접지로 흘러보내기 전에 열로 소모시키기 위하여, 상기 스위칭 소자와 접지 단자 사이에 위치하여 열을 발생시키는 회생 저항;을 더 포함한다.
또한 스위칭 소자는, 상기 구동 전류 드라이버와 전압 센서 사이의 노드에 연결되는 스위칭 입력단; 상기 스위칭 제어 모듈에서 출력되는 DC 제어 신호를 입력받는 스위칭 제어단; 상기 회생 저항에 연결되는 스위칭 출력단;을 포함한다.
상기 제어부는, 상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위 이내인 경우에는 상기 스위칭 제어 신호를 '0'으로서 출력하며, 상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우 상기 스위칭 제어 신호를 펄스 형태의 AC 펄스 신호로서 출력하며, 상기 스위칭 제어 모듈은 상기 스위칭 제어 신호가 '0'인 경우 상기 스위칭 입력단과 스위칭 출력단(320c)을 차단하는 차단 DC 제어 신호를 출력하며, 상기 스위칭 제어 신호가 AC 펄스 신호인 경우 상기 스위칭 입력단과 스위칭 출력단을 단락시키는 단락 DC 제어 신호를 출력한다.
또한 회생 저항은, 상기 입력단 측정 전압에 따라서 저항값이 가변되는 가변 저항으로 구현됨을 특징으로 하며, 상기 입력단 측정 전압이 클수록 상기 회생 저항의 저항값이 크게 되는 비례 관계를 가지도록 함을 특징으로 한다.
또한 모터 구동 회로 보호 장치는, 전류의 흐름에 의하여 열을 발생시키는 회생 저항; 상기 스위칭 소자의 도통으로 인해 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지로 직접 흘러보내거나, 또는 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 상기 회생 저항을 거친 후 접지로 흘러보내는 회생 저항 스위칭 모듈; 상기 회생 저항에서 발생되는 열을 측정하여 회생 저항 발열값으로 출력하는 온도 센서;를 포함한다.
또한 제어부는, 상기 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위를 벗어난 경우 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지로 직접 흘러보내며, 상기 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위 이내인 경우 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 상기 회생 저항을 거친 후 접지로 흘러보내도록 상기 회생 저항 스위칭 모듈을 스위칭 제어한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 모터의 구동 회로를 외부 요인의 영향으로부터 보호함으로써, 모터에 의해 구동되는 팬의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 모터의 구동 회로의 고장을 최소화함으로써, 모터의 구동 회로의 소모 주기를 늘릴 수 있다. 따라서 제품 유지 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 플레밍의 왼손법칙을 도시한 그림이다.
도 2는 종래의 모터 구동 회로를 도시한 회로 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 회생 저항이 구비된 모터 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회생 저항이 가변 저항으로 구현된 모터 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 온도 센서가 구비된 모터 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
모터(500)에 의해 회전하는 팬(fan)이 정해진 방향과 반대 방향으로 회전하는 경우, 제어 소자에 문제가 발생될 수 있다.
상술하면, 전원이 인가되지 않은 상태에서 강제로 팬을 회전시키거나 외부 바람 등에 의해 역회전이 발생한다면, 팬을 구동시키는 모터(500)의 고정자에서 역기 전력이 발생하여, 발생된 역기전력이 구동 전류 드라이버(200) 내의 전압을 상승시켜 구동 전류 드라이버(200) 내의 콘덴서 및 스위칭 소자(320)(MOSFET) 등에 손상을 발생시킬 수 있다. 또한, 전원을 인가한 상태에서 팬의 정해진 회전수보다 빠르게 회전하는 경우에는, 모터(500)의 제어 알고리즘에 의해 팬을 정해진 회전수로 회전시키기 위해 역방향 제어(역토크)를 하려고 한다. 이 경우, 모터(500)가 발전기로 동작하여 전류가 생성되고 생성된 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 유입되어 콘덴서에 충전된다. 충전된 전하로 인해, 구동 전류 드라이버(200) 내의 콘덴서와 스위칭 소자(320)(MOSFET)가 소손될 수 있다.
결국, 예기치 못한 요인으로 전원을 인가하지 않은 상태에서 동작하거나 전원이 인가된 상태에서 정해진 회전 속도보다 빠르게 동작하는 경우에 팬이 회전하게 된다면 팬을 제어하는 모터(500)의 제어회로 내 제어 소자에 영향을 주어 오동작 또는 손상을 줄 수 있다. 본 발명의 실시예는 이러한 외부 영향에 둔감하고 외란에 강인한 회로를 구현하고자, 구동 전류 드라이버(200), 전압 센서(400), 스위칭부(300), 제어부(100)를 포함한다.
구동 전류 드라이버(200)는 모터(500)를 구동하는 구동 전류를 발생시킨다. 제어부(100)가 PWM(Pulse Width Modulation) 형태의 구동 전류 제어 신호를 구동 전류 드라이버(200)에 제공하면, 구동 전류 드라이버(200)는 외부 전원(10)으로부터 직류 전압을 입력받아 구동 전류 제어 신호에 따라서 3상 교류 전류와 같이 모터(500)를 구동시키는 구동 전류로 변환 출력하여 모터(500)에 제공한다. 참고로, 팬(fan)은 송풍기, 통풍기라고도 하며, 날개, 프로펠러 기타를 회전시켜서 공기를 빨아 내거나 또는 송풍하는 등을 위해 사용되는 장치이다. 따라서 모터(500)는 팬(fan)과 같은 회전체를 회전시키는 회전 동력체이다.
구동 전류 드라이버(200)는 구동 전류 제어 모듈(210)과 구동 전류 생성 모듈(220)을 포함한다. 구동 전류 제어 모듈(210)은 제어부(100)에서 제공되는 PWM(Pulse Width Modulation) 형태의 구동 전류 제어 신호를 입력받아 직류(DC) 형태의 구동 전류 제어 신호를 출력한다. 출력되는 구동 전류 제어 신호는 구동 전류 생성 모듈(220)에 제공되어, 구동 전류 생성 모듈(220)에서 3상 교류 전류와 같은 구동 전류를 생성하여 모터(500)에 공급한다. 따라서 구동 전류 생성 모듈(220)은 3상 교류 전류를 출력하기 위하여 다양한 회로로서 구현될 수 있는데, 예컨대, 다수의 MOSFET 등이 직병렬 연결되어 3상 교류 전류를 출력하도록 구현될 수 있다.
구동 전류 드라이버(200)의 구동 모습을 좀 더 상술하면, 구동 전류 제어 신호가 하이(HIGH)인 경우, 외부 전력단에서 제공되는 외부 전력이 노이즈 필터부(620), 피크 전압 필터부(610), 급방전 방지부(600)를 차례로 거쳐서 구동 전류 생성 모듈(220)와 제어부(100)에 각각 제공된다. 제어부(100)는 입력되는 외부 전력이 정상적인 범위를 가지는 전력이라 판단되면, 구동 전류 제어 모듈(210)에 PWM 형태의 구동 전류 제어 신호를 제공한다. 구동 전류 제어 모듈(210)은 PWM 형태의 구동 전류 제어 신호를 직류(DC) 형태의 구동 전류 제어 신호로 변환 출력하여 구동 전류 생성 모듈(220)로 제공한다. 구동 전류 생성 모듈(220)은 제공되는 구동 전류 제어 신호를 제어단에 입력받아, 구동 전류 제어 신호에 따라서 외부 전력을 3상 교류 전류와 같은 구동 전류로 변환 생성하여 모터(500)에 공급하게 된다.
참고로, 상기에서 노이즈 필터부(620)는 외부 전력(예컨대, 28V 직류)에 포함된 노이즈를 제거하는 필터이며, 피크 전압 필터부(610)는 노이즈 필터부(620)를 통과한 노이즈 필터링 전압의 피크 전압을 차단하는 필터링을 수행한다. 외부 전력은 일정하게 직류 형태로 제공되지 않을 수 있으며, 따라서 이러한 외부 전력의 피크 전압을 차단하는 역할을 한다. 또한 급방전 방지부(600)는 외부 전력이 오프되어 일시에 전력 공급이 중단될 때 모터(500) 구동 회로의 손상을 방지하기 위하여, 외부 전력이 기울기를 가지는 시정수로서 천천히 공급이 중단되도록 하는 커패시터 어셈블리이다.
전압 센서(400)는 구동 전류 드라이버(200)에서 제공되는 구동 전류를 제공받는 모터 입력단(500a)의 전압을 측정하고, 측정한 값을 입력단 측정 전압으로서 제어부(100)에 제공한다. 이하에서 모터 입력단(500a)이라 함은 모터(500)를 구동하기 위한 구동 전류가 입력되는 모터(500)의 입력 포트를 말한다.
만약, 전원이 인가되지 않은 상태에서 강제로 팬을 회전시키거나 외부 바람 등에 의해 역회전이 발생한다면, 팬을 구동시키는 모터(500)의 고정자에서 역기 전력이 발생하여, 발생된 역기전력이 모터 입력단(500a)을 통해 출력되어 구동 전류 드라이버(200) 내의 전압을 상승시켜 구동 전류 드라이버(200) 내의 콘덴서 및 스위칭 소자(320)(MOSFET) 등에 손상을 발생시킬 수 있다. 또한, 전원을 인가한 상태에서 팬의 정해진 회전수보다 빠르게 회전하는 경우에는, 모터(500)의 제어 알고리즘에 의해 팬을 정해진 회전수로 회전시키기 위해 역방향 제어(역토크)를 하려고 한다. 이 경우, 모터(500)가 발전기로 동작하여 전류가 생성되고 생성된 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 유입되어 구동 전류 드라이버(200) 내의 콘덴서와 스위칭 소자(320)(MOSFET)가 소손될 수 있다. 즉, 팬이 바람이나 기타 이유 등으로 강제로 역방향으로 회전된다면, 팬에 연결된 모터(500)가 역방향으로 회전하는 결과를 가져와 역기전력이 발생되어 모터 입력단(500a)에 역기전력 전압이 발생할 수 있다. 따라서 모터 입력단(500a)의 전압은, 3상 교류 형태의 구동 전류에 의해 발생되는 구동 전압 이외에 역기전력에 의한 역기전력 전압이 추가되어, 모터 입력단(500a)의 전체적인 전압이 상승하게 된다. 이러한 모터 입력단(500a)의 전압 상승은 구동 전류 드라이버(200)를 손상시킬 수 있다. 따라서 이러한 모터 입력단(500a)의 전압 상승을 감지하기 위하여, 전압 센서(400)가 모터 입력단(500a)의 전압을 상시로 모니터링하여 측정하는 것이다. 이를 위해 전압 센서(400)는, 구동 전류 드라이버(200)와 모터 입력단(500a) 사이에 위치하여, 측정한 입력단 측정 전압을 제어부(100)로 제공한다.
스위칭부(300)는, 모터 입력단(500a)과 접지(GND) 사이를 연결 또는 차단하는 스위칭을 수행한다. 모터 입력단(500a)에 흐르는 구동 전류가 스위칭부(300)의 스위칭 조작에 따라서 모터 입력단(500a)으로 입력되거나, 또는 모터 입력단(500a)이 아니라 단락된 접지(GND)로 흘러가도록 스위칭할 수 있다.
스위칭부(300)는 제어부(100)에서 출력되는 스위칭 제어 신호를 입력받아 직류 신호 형태의 DC 제어 신호로서 변환하여 출력하는 스위칭 제어 모듈(310)과, DC 제어 신호에 따라서 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 연결시키거나 또는 차단하는 스위칭 소자(320)를 포함한다. 스위칭 소자(320)는 상기 구동 전류 드라이버(200)와 전압 센서(400) 사이의 노드에 연결되는 스위칭 입력단(320b)과, 스위칭 제어 모듈(310)에서 출력되는 DC 제어 신호를 입력받는 스위칭 제어단(320a)과, 접지(GND)에 연결되는 스위칭 출력단(320c)을 포함한다. 따라서 스위칭 제어 모듈(310)에서 출력되는 DC 제어 신호에 따라서 스위칭 소자(320)의 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c)가 도통되거나 차단될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 제어 모듈(310)에서 출력되는 DC 제어 신호가 로우(LOW)인 경우, 로우 제어 신호를 스위칭 제어단(320a)으로 입력받는 스위칭 소자(320)는 차단되어, 모터 입력단(500a)에 흐르는 구동 전류는 접지(GND)로 흘러가지 않고 모터 입력단(500a)을 통해 모터(500)로 흘러가게 된다. 반대로, 스위칭 제어 모듈(310)에서 출력되는 DC 제어 신호가 하이(HIGH)인 경우, 하이 제어 신호를 스위칭 제어단(320a)에 입력받는 스위칭 소자(320)는 도통되어, 모터 입력단(500a)에 흐르는 구동 전류가 스위칭 입력단(320b)으로 유입되어 도통된 스위칭 출력단(320c)을 통해 접지(GND)로 흘러나간다.
이러한 스위칭 소자(320)는 트랜지스터, 모스펫(MOSFET) 등의 다양한 스위칭 소자(320)가 사용될 수 있다. 예컨대, 단수개의 MOSFET 또는 다수의 MOSFET 등이 직병렬 연결되어 스위칭 소자(320)로서 동작하도록 구현할 수 있다.
제어부(100)는 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 모터 입력단(500a)에 흐르는 전류인 모터 입력단 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 흘러가지 않도록 하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭부(300)에 출력한다. 모터(500)의 역회전 등으로 인하여 모터 입력단(500a)의 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 상승된 모터 입력단의 전압으로 인하여 추가되는 모터 입력단 전류로 인해 구동 전류 드라이버(200)의 손상을 방지하기 위하여, 모터 입력단 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 흘러가지 않도록 하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭부(300)로 제공하는 것이다.
예를 들어, 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위 이내인 경우에 제어부(100)는 스위칭 제어 신호를 '0'으로서 출력하며, 이에 따라 이를 입력받은 스위칭 제어 모듈(310)은 스위칭 소자(320)의 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c)을 차단하는 차단 DC 제어 신호를 스위칭 소자(320)의 스위칭 제어단(320a)으로 출력한다. 따라서 스위칭 소자(320)의 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c)이 차단되어, 구동 전류가 정상적으로 모터 입력단(500a)을 통하여 모터(500)로 공급되도록 할 수 있다.
반대로, 역기전력 등의 발생으로 인하여, 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 제어부(100)는 스위칭 제어 신호를 펄스 형태의 AC 펄스 신호로서 출력하며, 이에 따라 AC 펄스 신호를 입력받은 스위칭 제어 모듈(310)은, 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c)을 단락시키는 단락 DC 제어 신호를 생성하여 스위칭 소자(320)의 스위칭 제어단(320a)으로 출력한다. 따라서 스위칭 소자(320)의 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c)이 단락(연결)되어, 모터 입력단(500a)의 구동 전류가 모터(500)가 아닌 접지(GND)로 흘러들어가도록 구현할 수 있다. 따라서 모터(500)의 역회전으로 인하여 발생되는 기준 범위 이상의 구동 전류가 구동 전류 드라이버(200)로 흘러가지 않도록 할 수 있어 구동 전류 드라이버(200)를 보호할 수 있다.
한편, 모터(500)의 역회전 등으로 인한 역기전력 발생으로 인하여 입력단 측정 전압이 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 스위칭부(300)는 모터 입력단(500a)에서발생되는 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 흘리게 되는데, 이때, 입력단 측정 전압이 너무 높은 경우 MOSFET 등으로 이루어진 스위칭 소자(320)를 손상시킬 수 있다. 스위칭 소자(320)에 높은 전압이 걸리기 때문에 소자의 손상이 발생할 수 있는 것이다. 본 발명의 실시예는 이러한 스위칭 소자(320)의 손상을 방지하기 위하여 스위칭 소자(320)와 접지(GND) 사이에 열을 발생시키는 회생 저항(700)을 추가로 더 구비할 수 있다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 회생저항이 구비된 모터(500) 구동 회로 보호 장치의 회로 블록도이다.
회생 저항(700)(regenerative resistor)은, 스위칭 소자(320)의 도통으로 인하여 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 흘러보내기 전에 열로 소모시키기 위하여, 스위칭 소자(320)와 접지(GND) 단자 사이에 위치하여 열을 발생시킨다. 회생 저항(700)은 큰 저항성 소자로 되어 있어 전류가 흐르게 되면 전력 소비가 되어 열이 발생된다. 스위칭 소자(320)가 온(ON)되어 스위칭 입력단(320b)과 스위칭 출력단(320c) 사이가 도통되는 경우, 모터 입력단(500a)에 존재하는 모터 입력단 전류가 스위칭 입력단(320b) 및 스위칭 출력단(320c)을 거쳐서 회생 저항(700)을 거쳐서 접지(GND)로 흘러간다. 회생 저항(700)에 모터 입력단 전류가 흐름으로써, 회생 저항(700)에 전압이 걸리게 되고 회생 저항(700)에 열을 발생시키게 된다. 따라서 기준 전압 범위를 초과하는 높은 입력단 측정 전압은 스위칭 소자가 아니라 대부분 회생 저항(700)에 걸리게 되어, 스위칭 소자(320)를 보호할 수 있다.
이러한 회생 저항(700)이 스위칭 소자(320)와 접지(GND) 사이에 위치하는 경우에는, 스위칭 소자(320)는, 상기 구동 전류 드라이버(200)와 전압 센서(400) 사이의 노드에 연결되는 스위칭 입력단(320b)과, 스위칭 제어 모듈(310)에서 출력되는 DC 제어 신호를 입력받는 스위칭 제어단(320a)과, 회생 저항(700)에 연결되는 스위칭 출력단(320c)으로 연결된다.
한편, 회생 저항(700)은 전류의 흐름으로 열을 발생시키는 저항체로 이루어지는데, 이러한 회생 저항(700)의 저항값은 모터 입력단 전류의 크기에 따라서 다르게 가변적으로 결정될 수 있다. 모터(500)에 강한 역기전력이 발생할 경우 이를 모두 전력 소비할 수 있는 큰 저항값이 필요하기 때문이다. 이러한 예기치 못한 상황을 대비하기 위하여 도 5에 도시한 바와 같이 회생 저항을 모터 입력단(500a)의 입력단 측정 전압에 따라서 저항값이 가변되는 가변 저항(700a)(variable resistance)으로 구현한다. 즉, 입력단 측정 전압이 클수록 회생 저항인 가변 저항(700a) 저항값이 크게 되도록 하며, 입력단 측정 전압이 작을수록 회생 저항인 가변 저항(700a)의 저항값이 작게 되도록 하는 비례 관계를 가지도록 한다. 이를 위하여 도 5에 도시한 바와 같이 별도의 가변 저항 조절부(800)를 구비한다. 가변 저항 조절부(800)는 전압 센서(400)로부터 모터 입력단(500a) 측정 전압을 제공받아 그 크기에 따라서 회생 저항 역할을 가변저항(700a)값을 조절한다.
참고로 가변저항(700a)은 회로에서 저항값을 임의로 바꿀 수 있는 저항기이다. 가변저항(700a)을 사용하여 저항을 바꾸면 소비되는 전력이 달라진다. 가변저항(700a)의 저항값을 바꾸는 방식은 다양한 방식이 있을 수 있는데, 예컨대, 접동자를 저항체 위로 슬라이딩 시켜서 저항값을 가변시키는 방식과, 단자를 마련하여 단자에 접촉자가 차례로 접촉해서 저항값을 가변시키는 방식이 있다. 전자는 저항값을 연속 변화시킬 수 있고, 후자는 단계적으로 변화시킬 수 있다.
한편, 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 구동 전류 이외에 역기전력에 의해 추가는 역기전력 전류에 의해 모터 입력단(500a) 측정 전압이 높아져서 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 모터 입력단 전류를 회생 저항(700)에서 열로서 소비하게 된다. 그런데 회생 저항(700)에서 너무 발열되어 고온으로 되는 경우 주변 회로 소자에 영향을 미쳐 나쁜 영향을 끼치게 된다. 따라서 이러한 회생 저항(700)에서 발생되는 열을 감지하여, 감지한 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위를 벗어난 경우 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 직접 흘러보내어 회생 저항(700)의 온도를 일정한 온도를 유지하게 할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 실시예는 도 6에 도시한 바와 같이 회생 저항(700) 이외에 온도 센서(900)와 회생 저항 스위칭 모듈(950)을 구비한다.
온도 센서(900)는 회생 저항(700)에서 발생되는 열을 측정하여 회생 저항 발열값으로 출력하여 회생 저항 스위칭 모듈(950)로 제공한다.
회생 저항 스위칭 모듈(950)은 스위칭 소자(320)의 도통으로 인해 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 직접 흘러보내거나, 또는 모터 입력단 전류를 회생 저항(700)을 거친 후 접지(GND)로 흘러보내는 스위칭을 수행한다. 따라서 제어부(100)는 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위를 벗어난 경우 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지(GND)로 직접 흘러보내며, 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위 이내인 경우 모터 입력단 전류를 상기 회생 저항(700)을 거친 후 접지(GND)로 흘러보내도록 회생 저항 스위칭 모듈(950)을 스위칭 제어한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100:제어부 200:구동 전류 드라이버
300:스위칭부 400:전압 센서
500:모터 700:회생 저항
800:가변저항 조절부 900:온도 센서

Claims (9)

  1. 모터를 구동하는 구동 전류를 발생시키는 구동 전류 드라이버;
    상기 구동 전류를 제공받는 모터 입력단의 전압을 측정하여 측정한 값을 입력단 측정 전압으로서 출력하는 전압 센서;
    상기 모터 입력단과 접지 사이를 연결 또는 차단하는 스위칭을 수행하는 스위칭부;
    상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우, 상기 모터 입력단에 흐르는 전류인 모터 입력단 전류가 상기 구동 전류 드라이버로 흘러가지 않도록 하는 스위칭 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부에 출력하는 제어부;
    를 포함하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 제어부에서 출력되는 스위칭 제어 신호를 입력받아 직류 신호 형태의 DC 제어 신호로서 변환하여 출력하는 스위칭 제어 모듈;
    상기 DC 제어 신호에 따라서 상기 모터 입력단 전류를 접지로 연결시키거나 또는 차단하는 스위칭 소자;
    를 포함하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 모터 구동 회로 보호 장치는,
    상기 스위칭 소자의 도통으로 인하여 모터 입력단 전류를 접지로 흘러보내기 전에 열로 소모시키기 위하여, 상기 스위칭 소자와 접지 단자 사이에 위치하여 열을 발생시키는 회생 저항;을 더 포함하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 스위칭 소자는,
    상기 구동 전류 드라이버와 전압 센서 사이의 노드에 연결되는 스위칭 입력단;
    상기 스위칭 제어 모듈에서 출력되는 DC 제어 신호를 입력받는 스위칭 제어단;
    상기 회생 저항에 연결되는 스위칭 출력단;
    을 포함하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위 이내인 경우에는 상기 스위칭 제어 신호를 '0'으로서 출력하며, 상기 입력단 측정 전압이 미리 설정한 기준 전압 범위를 벗어난 경우 상기 스위칭 제어 신호를 펄스 형태의 AC 펄스 신호로서 출력하며,
    상기 스위칭 제어 모듈은,
    상기 스위칭 제어 신호가 '0'인 경우 상기 스위칭 입력단과 스위칭 출력단(320c)을 차단하는 차단 DC 제어 신호를 출력하며, 상기 스위칭 제어 신호가 AC 펄스 신호인 경우 상기 스위칭 입력단과 스위칭 출력단을 단락시키는 단락 DC 제어 신호를 출력하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 회생 저항은, 상기 입력단 측정 전압에 따라서 저항값이 가변되는 가변 저항으로 구현됨을 특징으로 하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 입력단 측정 전압이 클수록 상기 회생 저항의 저항값이 크게 되는 비례 관계를 가지도록 함을 특징으로 하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 모터 구동 회로 보호 장치는,
    전류의 흐름에 의하여 열을 발생시키는 회생 저항;
    상기 스위칭 소자의 도통으로 인해 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지로 직접 흘러보내거나, 또는 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 상기 회생 저항을 거친 후 접지로 흘러보내는 회생 저항 스위칭 모듈;
    상기 회생 저항에서 발생되는 열을 측정하여 회생 저항 발열값으로 출력하는 온도 센서;
    를 포함하는 모터 구동 회로 보호 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위를 벗어난 경우 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 접지로 직접 흘러보내며, 상기 회생 저항 발열값이 미리 설정한 기준 온도 범위 이내인 경우 상기 스위칭되는 모터 입력단 전류를 상기 회생 저항을 거친 후 접지로 흘러보내도록 상기 회생 저항 스위칭 모듈을 스위칭 제어하는 모터 구동 회로 보호 장치.
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