KR101350631B1 - 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법 - Google Patents

모터 구동 장치 및 모터 구동 방법 Download PDF

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    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

Abstract

본 발명은 모터 구동 장치 및 모터 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 모터의 동작 제어를 위한 펄스-폭-변조(이하 PWM) 신호를 생성하는 동작제어부; 상기 동작제어부로부터 전달된 PWM 신호를 이용하여 단펄스(Short-Pulse)신호를 생성하는 구동제어부; 및 상기 단펄스 신호를 이용하여 모터에 전력을 공급하는 전력공급부;를 포함하고, 상기 구동제어부는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따라 상기 PWM 신호를 조절하여 상기 단펄스 신호를 생성하는 모터 구동 장치를 제안한다.

Description

모터 구동 장치 및 모터 구동 방법{MOTOR DRIVING DEVICE, AND METHOD FOR DRIVING MOTOR}
본 발명은 모터 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 임의로 딜레이 타임(delay time)을 조절할 수 있어, 회로를 단순화하여 개발 기간을 단축할 수 있는 모터 구동 장치 및 구동 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전기기기 또는 전자기기가 개인, 가정, 사무실 등의 수요가 증가하고 있다. 이러한 기기는 내부에 특정 동작을 구동하기 위한 구동 회로가 채용될 수 있으며, 이러한 기기로는 모터를 예로 들 수 있다.
일반적으로 속도를 제어할 수 있는 모터의 경우, 그 속도는 펄스-폭-변조(Pulse-Width-Modulation, 이하 PWM이라함.) 신호의 듀티(Duty) 값을 조절함으로써 제어할 수 있다. 펄스-폭-변조 신호의 듀티 값은 신호의 한 주기 내에서 신호가 하이(High) 값을 갖는 턴-온(turn-on) 시간과, 신호가 로우(Low) 값을 갖는 턴-오프(turn-off) 시간 사이에 따라 결정될 수 있으며, 모터의 회전 속도는 PWM 신호의 듀티 값에 비례할 수 있다.
특히 고전압 동작을 하는 모터일수록 모터 구동의 안정성 및 회로의 전기적 효율이 요구된다. 이를 위해서는 PWM 신호를 직접 사용하지 않고, 단펄스 생성회로(Short-Pulse-Generator)를 이용하여 펄스의 온-타임(On-Time)을 줄임으로써, 모터의 구동에 필요한 평균 전류량을 줄이게 된다.
즉, 단펄스 생성회로(Short-Pulse-Generator)에서 고정된 딜레이 타임을 가지는 딜레이 셀(delay cell)을 직렬로 여러 개 연결하여 딜레이를 조절하는 방식이 사용된다. 그러나, 이는 공정 조건에 따른 많은 변화가 있어 명확히 제어하기 어려우며, 특히 집적 회로(IC)를 제작한 후에는 제어 신호를 조절하기 힘들며 개발기간이 상대적으로 긴 문제가 있다.
하기의 선행기술문헌 중에서, 특허문헌 1은 모터 구동 기술에 관한 것으로서 진동모터를 단시간에 기동 가능하게 하는 모터 구동 기술에 관한 내용이며, 특허문헌 2는 펄스 수를 조절하는 것에 의해 초음파 모터의 구동을 제어하는 내용만을 개시하고 있다. 결국, 특허문헌 1과 특허문헌 2는 모두 딜레이 타임을 조절하여 단펄스를 생성하는 회로의 명확한 제어를 보장하기 위한 발명 내용은 개시하고 있지 않다.
한국 특허공개공보 2009-0045142 일본 특허공개공보 2006-081237
본 발명의 과제는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 외부로부터 인가된 컨트롤 신호에 따라 동작 제어부로부터 전달된 PWM 신호를 조절하여 단펄스 신호를 생성함으로써, 모터 구동을 위한 적합한 단펄스 신호를 생성할 수 있고, 공정 조건에 따른 변화에도 더욱 정밀하게 단펄스 신호의 제어가 가능하며, 집적 회로를 제작한 이후에도 제어 신호의 임의적인 조절이 가능한 모터 구동 장치 및 구동 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 모터의 동작 제어를 위한 펄스-폭-변조(이하 PWM) 신호를 생성하는 동작제어부; 상기 동작제어부로부터 전달된 PWM 신호를 이용하여 단펄스(Short-Pulse)신호를 생성하는 구동제어부; 및 상기 단펄스 신호를 이용하여 모터에 전력을 공급하는 전력공급부;를 포함하고, 상기 구동제어부는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따라 상기 PWM 신호를 조절하여 상기 단펄스 신호를 생성하는 모터 구동 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동제어부는, 상기 PWM 신호를 제1 신호와 제2 신호로 분리하는 신호분리부; 상기 컨트롤 신호에 따라 상기 제1 신호를 딜레이시켜 제3 신호를 생성하는 딜레이부; 및 상기 제3 신호와 상기 제2 신호를 이용하여 상기 단펄스 신호를 생성하는 논리회로부;를 더 포함하는 모터 구동 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동제어부는 커패시터와 가변저항소자가 서로 병렬로 연결된 딜레이셀을 적어도 하나 갖는 딜레이부를 더 포함하는 모터 구동 장치를 제안한다.
또한, 상기 가변저항소자는, 상기 PWM 신호를 딜레이시키기 위해 상기 컨트롤 신호에 따라 가변되는 저항을 갖는 모터 구동 장치를 제안한다.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 모터의 동작 제어를 위한 PWM 신호를 생성하는 동작제어부로부터 상기 PWM 신호를 구동제어부로 전달하는 단계; 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따라 상기 PWM 신호를 조절하여 단펄스 신호를 생성하는 단계; 및 상기 단펄스 신호를 전력공급부로 전달하는 단계;를 포함하는 모터 구동 방법을 제안한다.
또한, 상기 단펄스 신호를 생성하는 단계는, 상기 PWM 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분리하는 단계; 상기 컨트롤 신호에 따라 상기 제1 신호를 딜레이시켜 제3 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제3 신호와 상기 제2 신호를 이용하여 논리회로부에서 단펄스 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 모터 구동 방법을 제안한다.
또한, 제 5항에 있어서, 상기 단펄스 신호를 생성하는 단계는, 상기 컨트롤 신호를 상기 구동제어부내의 가변저항소자에 인가하는 단계; 및 상기 컨트롤 신호에 따라 가변되는 저항을 이용하여 PWM 신호를 딜레이시키는 단계;를 더 포함하는 모터 구동 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 외부로부터 인가된 전압 신호를 이용하여 동작제어부로부터 제공된 PWM 신호를 조절하여 단펄스 신호를 생성함으로써, 공정조건에 따른 변화에도 더욱 정밀하게 단펄스 신호를 제어할 수 있으며, 집적 회로의 제작 이후에도 제작 신호를 임의적으로 조절할 수 있다.
또한, 구조적으로 간단하며, 이에 따라 개발 기간을 단축 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 도시한 블록도이다.
도 2 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구동제어부를 도시한 블록도이다.
도 2 (b)는 도 2 (a)에서의 논리회로부의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2 (b)에 도시한 구동제어부의 동작에 의한 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 도 2에 도시한 딜레이부 내의 딜레이셀의 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 6 및 도 7은 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따른 펄스(Pulse)변화를 설명하기 위한 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 도시한 블록도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 모터 구동 장치는, 동작제어부(100), 구동제어부(200), 전력공급부(300)를 포함할 수 있다.
동작제어부(100)는 모터의 동작을 제어를 위한 PWM 신호(S10)를 생성하여, 구동제어부(200)에 전달할 수 있다. 동작제어부(100)에서 제공된 PWM 신호(S10)는 구동제어부(200)에서 단펄스 신호(S30)을 생성하는데 이용될 수 있다.
좀더 상세하게는 본 발명에서는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 구동제어부(200)에 전달되며, 이에 따라 구동제어부(200)에서는 동작제어부(100)로부터 전달받은 PWM 신호(S10)를 조절하여 단펄스 신호(S30)를 생성한다. 또한 구동제어부(200)에서는 생성된 단펄스 신호(S30)를 전력공급부(300)에 전달한다.
전력공급부(300)는 단펄스 신호(S30)를 구동제어부(200)로부터 전달받고, 모터에 전력을 공급한다. 구동제어부(200)에 대해 이하 도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 2 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치의 구동제어부를 도시한 블록도이다.
도 2 (b)는 도 2 (a)에서의 논리회로부의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 2 (a) 및 (b) 를 참조하면, 본 실시예에 따른 구동제어부(200)는, 신호분리부(210), 딜레이부(220), 논리회로부(230)를 포함할 수 있다.
신호분리부(210)는 동작제어부(100)로부터 제공받은 PWM 신호(S10)를 제1 신호(S11) 및 제2 신호(S12)로 분리한 후, 제1 신호(S11)를 딜레이부(220)에 전달하며, 제2 신호(S12)를 논리회로부(230)에 전달한다. 신호분리부(210)로부터 전달받은 제1 신호(S11)를 딜레이부(220)에서는 딜레이시켜 제3 신호(S13)를 생성하는데 이용된다.
딜레이부(220)는 신호분리부(210)로부터 분리된 제1 신호(S11) 및 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)에 따라 제3 신호(S13)를 생성한다. 좀 더 상세하게는, 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)에 따라 제1 신호(S11)를 딜레이시켜 제3 신호(S13)를 생성한다. 딜레이시키는 방법에 대해서는 추후 도 4에서 구체적으로 설명한다. 딜레이부(220)에서 생성된 제3 신호(S13)은 논리회로부(230)에 전달된다.
논리회로부(230)는 딜레이부(220)로부터 제3 신호(S13) 및 신호분리부(210)로부터 분리된 제2 신호(S12)를 이용할 수 있다. 논리회로부(230)는 하나 이상의 논리게이트(Logic Gate)를 구비할 수 있으며, 상기 논리게이트는 AND, OR, XOR, NOR, NAND, NOR 게이트로 구성될 수 있다.
도 2 (b)를 참조하면, 논리회로부(230)가 NOR 게이트와 NAND 게이트를 구비한 경우, 딜레이부(220)에서 전달받은 제3 신호(S13) 및 제2 신호(S12) 각각을 상기 NOR 게이트와 NAND 게이트의 입력으로 받는다. 이후 펄스(Pulse)의 Rising edge와 falling edge에 딜레이(delay)된 만큼의 단펄스(Short-Pulse)신호를 생성한다. 이 때 NOR 게이트를 통해 생성된 단펄스 신호(S31) 및 NAND 게이트를 통해 생성된 단펄스 신호(S32)는 모두 전력공급부(300)로 전달된다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2 (b)에 도시한 구동제어부의 동작에 의한 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3 및 도 2 (b)를 참조하면, 시간의 흐름에 따른 각 신호의 펄스(Pulse) 폭과의 관계가 그래프로 도시되어 있다. 제1 신호(S11), 제2 신호(S12)는 Y0에 해당되며, 딜레이(delay)가 조절된 제3 신호(S13)는 Y1에 해당된다. Y0과 Y1을 비교해볼 때 Y0에 비해 딜레이가 조절된 것을 알 수 있다. 예를 들어, 논리회로부(230)내에 NOR 게이트와 NAND 게이트로 결정되면(도 2 (b)), 제3 신호(S13)와 제2 신호(S12)가 상기 두 개의 게이트에 전달되고, 이를 통과하여 두 개의 단펄스 신호(S31, S32)가 생성된다. 이는 도 3의 Y2와 Y3에 해당된다. 즉, 상기 두 개의 단펄스 신호(S31, S32)를 통해 펄스(Pulse)의 온-타임(On-time)을 줄여서 모터 구동의 효율 및 온도 특성을 안정화시킬 수 있다.
도 4는 도 2에 도시한 딜레이부 내의 딜레이셀의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 딜레이셀(225)은, 딜레이의 조절을 위해 서로 병렬로 연결한 커패시터(221)와 가변저항소자(223)를 포함할 수 있다.
딜레이셀(225)은 적어도 하나를 직렬로 연결시켜 딜레이 시간을 조절할 수 있다. 상기 직렬로 연결된 딜레이셀(225)은 딜레이부(220)를 구성한다.
가변저항소자(223)는 PWM 신호를 딜레이 시키기 위해 외부 컨트롤 신호(S20)에 따라 가변되는 저항을 가진다. 일례로 트랜지스터(Transistor)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터에 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 인가되고, 상기 컨트롤 신호(S20)에 따라 가변되는 저항값을 조절한다. 이를 통해 제1 신호(S11)를 딜레이(delay)시켜 제3 신호(S13)를 생성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 모터 구동 장치의 모터의 동작을 제어하기 위해 동작제어부(100)로부터 생성된 PWM 신호는 구동제어부(200)로 전달된다(S50).
신호분리부(210)는 상기 PWM 신호를 제1 신호(S11) 및 제2 신호(S12)로 분리하며(S51), 한편, 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 딜레이부(220)에 전달된다(S52). 상기 제1 신호(S11)는 상기 컨트롤 신호(S20)에 따라 딜레이시켜 제3 신호(S13)를 생성한다(S53).
논리회로부(230)에서는 상기 제3 신호(S13) 및 상기 제2 신호(S12)를 전달받아(S54), 논리회로부(230)내에 존재하는 게이트를 통해 단펄스 신호를 생성한다(S55).
단계 S53 내지 S55에 대한 일 실시예에서, 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 구동제어부(200)내의 가변저항소자(221)에 인가되고, PWM 신호를 딜레이시키기기 위해 상기 컨트롤 신호(S20)에 따라 가변되는 저항값을 가짐으로써, 단펄스 신호를 생성할 수 있다.
상기의 과정을 거쳐 생성된 단펄스 신호는 전력공급부(300)에 전달된다(S56).
도 6 및 도 7은 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따른 펄스(Pulse)변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이, 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)를 이용하여 펄스 폭이 조절된 단펄스 신호를 생성할 수 있다.
도 6에서 a 내지 f에 대응되는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 전압신호로 결정된 경우, 예를 들어, 각각은 a(17), b(17.2), c(17.4), d(17.6), e(17.8), f(18)이며 단위는 볼트(V)이다. 상기 전압 신호에 따라 펄스의 폭이 상이한 것을 알 수 있다.
도 7에서 a 내지 f에 대응되는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)가 전압신호로 결정된 경우, 예를 들어, 각각은 a(19.2), b(19), c(18.8), d(18.6), e(18.4), f(18.2)이며 단위는 볼트(V)이다. 상기 전압 신호에 따라 펄스의 폭이 상이한 것을 알 수 있다.
즉, 외부로부터 제공된 컨트롤 신호(S20)에 따라 펄스 폭이 조절된 단펄스 신호를 생성함으로써, 공정조건에 따른 변화에도 더욱 정밀하게 단펄스 신호를 제어할 수 있으며, 집적 회로의 제작 이후에도 제작 신호를 임의적으로 조절할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 동작제어부
200: 구동제어부
300: 전력공급부
220: 딜레이부
221: 커패시터
223: 가변저항소자
225: 딜레이셀
230: 논리회로부

Claims (7)

  1. 모터의 동작 제어를 위한 펄스-폭-변조(이하 PWM) 신호를 생성하는 동작제어부;
    상기 동작제어부로부터 전달된 PWM 신호를 이용하여 단펄스(Short-Pulse)신호를 생성하는 구동제어부; 및
    상기 단펄스 신호를 이용하여 모터에 전력을 공급하는 전력공급부;를 포함하고,
    상기 구동제어부는 외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따라 상기 PWM 신호를 조절하여 상기 단펄스 신호를 생성하는 모터 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동제어부는,
    상기 PWM 신호를 제1 신호와 제2 신호로 분리하는 신호분리부;
    상기 컨트롤 신호에 따라 상기 제1 신호를 딜레이시켜 제3 신호를 생성하는 딜레이부; 및
    상기 제3 신호와 상기 제2 신호를 이용하여 상기 단펄스 신호를 생성하는 논리회로부;를 더 포함하는 모터 구동 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 구동제어부는
    커패시터와 가변저항소자가 서로 병렬로 연결된 딜레이셀을 적어도 하나 갖는 딜레이부를 더 포함하는 모터 구동 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가변저항소자는,
    상기 PWM 신호를 딜레이시키기 위해 상기 컨트롤 신호에 따라 가변되는 저항을 갖는 모터 구동 장치.
  5. 모터의 동작 제어를 위한 PWM 신호를 생성하는 동작제어부로부터 상기 PWM 신호를 구동제어부로 전달하는 단계;
    외부로부터 제공된 컨트롤 신호에 따라 상기 PWM 신호를 조절하여 단펄스 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 단펄스 신호를 전력공급부로 전달하는 단계;를 포함하는 모터 구동 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 단펄스 신호를 생성하는 단계는
    상기 PWM 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분리하는 단계;
    상기 컨트롤 신호에 따라 상기 제1 신호를 딜레이시켜 제3 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제3 신호와 상기 제2 신호를 이용하여 논리회로부에서 단펄스 신호를 생성하는 단계;를 더 포함하는 모터 구동 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 단펄스 신호를 생성하는 단계는
    상기 컨트롤 신호를 상기 구동제어부내의 가변저항소자에 인가하는 단계; 및
    상기 컨트롤 신호에 따라 가변되는 저항을 이용하여 PWM 신호를 딜레이시키기는 단계;를 더 포함하는 모터 구동 방법.
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