KR101539868B1 - 모터 구동 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모터 구동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 모터 구동 제어 장치는, 모터 구동 신호를 생성하여 모터에 제공하는 모터 구동부, 상기 모터의 온도 변화에 따라 상기 모터 구동부의 동작을 제어하는 고온 보호 회로부, 상기 모터 구동부와 접지단 사이에 연결되어 상기 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 전류 조절부 및 상기 모터의 온도가 높아질수록 상기 모터 구동부에서 상기 모터로 제공되는 전류량이 감소하도록 상기 전류 조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

모터 구동 제어 장치 및 그 방법{MOTOR DRIVING CONTROL DEVICE AND METHOD THE SAME}
본 발명은 모터 구동 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
모터 기술의 소형화 및 정밀화에 따라 다양한 모터들이 개발되고 있다. 그 일예로, 영구자석 동기 모터(PMSM)는 효율 및 소음 등의 성능이 다른 모터보다 우수하여 높은 성능을 요구하는 분야에 많이 사용되고 있다.
이러한 모터의 제어 방식에 있어서, 모터의 소형화 및 저가격 요구에 의하여 최근에는 센서리스 모터 제어 방식이 사용되고 있다. 센서리스 모터 제어 방식은 모터의 동작에 의하여 발생하는 역기전력(BEMF)를 이용하여 모터의 회전자의 위치를 추정하여 모터를 제어하는 방식이다.
또한, 이러한 모터의 구동 회로에 있어서, 고온에 대한 보호기능을 제공하기 위하여, TSD(Thermal Shut Down) 회로가 사용되고 있다. 이러한 TSD 회로는 주로 히스테리시스(Hysteresis) 기능을 이용하여 일정 온도 이상이 되면, 모터의 구동을 정지시키고, 이보다 낮은 온도가 되면, 모터의 구동을 재 가동 하도록 한다.
종래의 모터 구동 제어 장치는 모터가 일정 온도 이상에 도달하여 모터가 정지된 이후, 재가동 될 때, 모터의 역기전력에 의해 순간적으로 과전류가 흐르게 되며, 이러한 과전류에 의해 모터의 온도가 상기 일정한 온도에까지 상승하게 되면, 모터는 다시 TSD 회로에 의해 정지하게 되는 문제점이 있다.
즉, 종래의 모터 모터가 TSD에 의해 정지되었다가 다시 재가동 되는 때, 역기전력에 의해 순간적으로 발생하는 과전류에 의해 모터가 가동되었다가 다시 정지되는 것과 같은 비정상적인 동작을 하게 되는 문제점이 있다.
하기의 특허문헌 1은 센서리스 비엘디씨 모터 구동장치의 제어방법에 관한 것이나 상술한 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2009-0064980호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터의 온도에 따라 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 전류 조절부 및 제어부를 포함함으로써, 모터의 온도에 따라 순차적으로 전류를 공급하여 역기전력에 의해 순간적으로 발생하는 과전류의 공급을 방지할 수 있는 모터 구동 제어 장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면은 모터 구동 제어 장치를 제안한다. 상기 모터 구동 제어 장치는, 모터 구동 신호를 생성하여 모터에 제공하는 모터 구동부, 상기 모터의 온도 변화에 따라 상기 모터 구동부의 동작을 제어하는 고온 보호 회로부, 상기 모터 구동부와 접지단 사이에 연결되어 상기 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 전류 조절부 및 상기 모터의 온도가 높아질수록 상기 모터 구동부에서 상기 모터로 제공되는 전류량이 감소하도록 상기 전류 조절부를 제어하는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 고온 보호 회로부는, 상기 모터의 온도 변화에 따라 상기 모터가 턴-온 또는 턴-오프 되도록 상기 모터 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 고온 보호 회로부는, 상기 모터의 온도가 기 설정된 온도에 대응되는 제1 온도가 되면, 상기 모터가 턴-오프 되도록 상기 모터 구동부를 제어하고, 상기 모터의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도가 되면, 상기 모터가 턴-온 되도록 상기 모터 구동부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 전류 조절부는, 가변 저항일 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 모터의 온도가 증가하면, 상기 가변 저항의 저항값이 증가하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 전류 조절부는, 상기 모터 구동부와 상기 접지단 사이에 각각 연결되는 복수개의 저항을 포함하여 구성되는 저항부 및 상기 복수개의 저항과 연결되는 복수개의 스위치를 포함하여 구성되는 스위칭부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 모터의 온도가 증가하면, 상기 모터 구동부와 접지단 사이의 저항값이 증가하도록 상기 스위칭부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 모터의 온도를 측정할 수 있고, 미리 설정된 복수의 온도 구간 중 상기 모터의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있으며, 상기 추출된 온도 구간에 따라 상기 스위치를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 측정된 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하여 상기 모터 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 측정된 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하는 복수개의 비교기를 포함하는 비교부 및 상기 비교부로부터 출력되는 결과값을 이용하여 스위칭 제어 신호를 생성하고, 이를 상기 스위칭부로 출력하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터 구동부는, 펄스폭 변조 방식을 이용하여 상기 모터에 상기 모터 구동 신호를 제공하는 PWM 인버터일 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면은 모터 구동 제어 방법을 제안한다. 상기 모터 구동 제어 방법은, 모터의 온도를 측정하는 단계, 상기 모터 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 복수의 온도 구간 중 상기 모터의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출하는 단계 및 상기 추출되는 온도 구간에 따라 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 온도 구간을 추출하는 단계는, 상기 모터 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하여 상기 모터의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있다.
또한, 상기 전류를 조절하는 단계는, 상기 모터와 접지 사이에 연결되는 가변 저항의 저항값을 조절하여 상기 모터에 제공되는 전류를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 모터의 온도에 따라 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 전류 조절부 및 제어부를 포함함으로써, 모터의 온도에 따라 순차적으로 전류를 공급하여 역기전력에 의해 순간적으로 발생하는 과전류의 공급을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 고온 보호 회로부의 일 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 전류 조절부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전류 조절부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제어부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 도 1에 도시된 제어부의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 고온 보호 회로부의 일 실시예에 따른 동작을 설명하기 위한 그래프이고, 도 3은 도 1에 도시된 전류 조절부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 도 3에 도시된 전류 조절부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 제어 장치(10)는 고온 보호 회로부(100), 모터 구동부(200), 전류 조절부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
고온 보호 회로부(100)는 고온으로부터 모터(20)를 보호하기 위해 모터(20)의 온도 변화에 따라 모터 구동부(200)의 동작을 제어할 수 있다. 여기서, 고온 보호 회로부(100)는 모터(20)의 온도를 측정하는 온도 센서(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도 센서에 의해 측정된 모터(20)의 온도의 변화량을 이용하여 모터 구동부(200)의 동작을 제어 할 수 있다.
일 실시예에서, 고온 보호 회로부(100)는 모터(20)의 온도 변화에 따라 모터(20)가 턴-온 또는 턴-오프 되도록 상기 모터 구동부를 제어할 수 있다.
구체적으로, 고온 보호 회로부(100)는, 도 2에서와 같이, 모터(20)의 온도가 기 설정된 온도에 대응되는 제1 온도가 되면, 하이(High) 신호를 출력하여 모터가 턴-오프 되도록 모터 구동부(200)를 제어할 수 있다. 또한, 고온 보호 회로부(100)는, 모터(20)의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도가 되면, 로우(Low) 신호를 출력하여 모터(20)가 턴-온 되도록 모터 구동부(200)를 제어할 수 있다.
예를 들면, 고온 보호 회로부(100)는 모터(20)의 온도가 150도가 되면, 모터(20)의 보호를 위해 모터(20)가 턴-오프 되도록 모터 구동부(200)를 제어할 수 있다.
모터 구동부(200)는 모터 구동 신호를 생성하여 모터(20)에 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 모터 구동부(200)는 펄스 폭 변조 방식을 이용하여 모터 구동 신호를 생성하는 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터 일 수 있다.
전류 조절부(300)는 모터 구동부(200)와 접지단 사이에 연결되어 모터 구동부(200)에 흐르는 전류를 조절한다. 일 실시예에서, 전류 조절부(300)는 가변 저항으로 구현될 수 있다. 즉, 전류 조절부(300)는 모터 구동부(200)와 접지단 사이에 연결되어 저항값을 조절함으로써, 모터 구동부(200)에 흐르는 전류량을 조절할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 전류 조절부(300)는, 도 3 내지 도 4에서와 같이, 저항부(310)와 스위칭부(320)를 포함할 수 있다.
저항부(310)는 모터 구동부(200)와 접지단 사이에 연결되며, 복수의 저항(R1, R2, R3, R4)을 포함할 수 있다.
스위칭부(320)는 복수개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 포함할 수 있으며, 복수개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4) 각각은 복수개의 저항(R1, R2, R3, R4)과 연결될 수 있다. 스위칭부(320)는 복수개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4) 각각의 온/오프 스위칭 동작의 조합에 의해 모터 구동부(200)와 접지단 사이에 연결된 저항부(310)의 저항값을 조절함으로써, 모터 구동부(200)에서 모터(20)로 흐르는 전류값을 조절할 수 있다. 스위칭부(320)의 복수개의 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)의 스위칭 동작은 제어부(400)에 의해 제어될 수 있다.
제어부(400)는 모터(20)의 온도 변화에 따라 전류 조절부(300)의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(400)는 전류 조절부(300)가 가변 저항인 경우, 모터(20)의 온도가 증가하면, 상기 가변 저항의 저항값이 증가하도록 제어할 수 있다.
다른 일 실시예에서, 제어부(400)는 전류 조절부(300)가 저항부(310) 및 스위칭부(320)를 포함하는 경우, 모터(20)의 온도가 증가하면, 저항부(310)의 저항값이 증가하도록 스위칭부(320)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(400)는 모터(20)의 온도를 측정하고, 미리 설정된 복수의 온도 구간 중 모터(20)의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출하며, 상기 추출된 온도 구간에 따라 스위칭부(320)의 스위칭 제어를 할 수 있다. 상기 온도 구간은 모터(20)에 과전류가 공급되어 모터(20)의 온도가 상승하여 고온 보호 회로부(100)에 의해 모터(20)가 다시 정지되지 않도록 하기 위해 적절한 범위로 설정될 수 있다.
여기서, 제어부(4000는 모터(20)의 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 전압값과 비교하여 상기 모터(20)의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있다.
제어부(400)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 아래에서 자세하게 설명하도록 한다.
도 5는 도 1에 도시된 제어부의 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이며, 도 6은 도 1에 도시된 제어부의 다른 일 실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제어부(400)는 비교부(410) 및 스위칭 제어부(420)를 포함할 수 있다.
비교부(410)는 측정된 모터(20)의 온도에 대응되는 전압값(Vtemp)을 미리 설정된 온도 구간별 전압값과 비교하는 복수개의 비교기를 포함할 수 있다. 복수개의 비교기는 모터(20)의 온도에 대응되는 전압(Vtemp)을 각각의 기준 전압과 비교하여, 상기 전압(Vtemp)가 각각의 기준 전압보다 높은 경우, 로우(low) 신호를 출력할 수 있고, 낮은 경우, 하이(high) 신호를 출력 할 수 있다.
스위칭 제어부(420)는 비교부(410)로부터 출력되는 결과값을 이용하여 스위칭 제어 신호를 생성하고, 이를 스위칭부(320)로 출력할 수 있다. 여기서, 스위칭 제어부(420)는 비교부(410)의 하이 또는 로우 신호에 따른 스위칭 제어 신호를 생성하여 이를 스위칭부(320)에 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 비교부(410)는 모터(20)의 온도에 대응되는 전압값(Vtemp)을 제1 기준 전압(Vref1)과 비교하는 제1 비교기, 상기 전압값(Vtemp)를 제2 기준 전압(Vref2)과 비교하는 제2 비교기, 상기 전압값(Vtemp)를 제3 기준 전압(Vref3)과 비교하는 제3 비교기 및 상기 전압값(Vtemp)를 제4 기준 전압(Vref4)과 비교하는 제4 비교기를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 기준 전압 내지 제4 기준 전압은 각각 상기 고온 보호 회로부(100)의 제1 온도와 제2 온도와 그 사이의 값 중 어느 하나의 온도에 대응되는 전압값을 가질 수 있다.
예를 들면, 제1 온도가 150도, 제2 온도가 120도 인 경우, 제1 기준 전압은 120도에 대응되는 전압값을 가질 수 있고, 제2 기준 전압은 130도에 대응되는 전압값을 가질 수 있으며, 제3 기준 전압은 140도에 대응되는 전압값을 가질 수 있고, 제4 기준 전압은 150도에 대응되는 전압값을 가질 수 있다.
여기서, 모터(20)의 온도가 135도인 경우, 제1 비교기 및 제2 비교기는 로우 신호를 출력하고, 제3 비교기 및 제4 비교기는 하이 신호를 출력할 수 있다. 즉, 스위칭 제어부(420)는 비교부(410)로부터 제공되는 출력인 '0011'에 대응되는 온도 구간 범위인 120~130도를 추출할 수 있고, 상기 추출된 온도 구간 범위에 해당되는 스위칭 제어 신호를 생성하여 스위칭부(320)에 제공할 수 있다.
또한, 모터(20)의 온도가 145도인 경우, 제1 비교기 내지 제3 비교기는 모두 로우 신호를 출력할 수 있고, 제4 비교기는 하이 신호를 출력할 수 있다. 따라서, 스위칭 제어부(420)는 수신되는 '0001'의 신호에 대응되는 온도 범위(140 ~150도) 를 추출할 수 있으며, 저항부(310)가 이에 해당하는 저항값을 가지도록 하는 스위칭 제어 신호를 스위칭부(320)에 제공할 수 있다.
여기서, 제어부(400)는 135도인 경우 보다 145도인 경우, 즉, 모터(20)의 온도가 고온일수록 모터(20)에 제공하는 전류량을 적게 하기 위해 저항부(310)의 전체 저항값이 더 큰 값을 가지도록 하는 스위칭 제어 신호를 스위칭부(320)에 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.
이하에서 설명할 모터 구동 제어 방법의 실시예들은, 도1 내지 도 6을 참조하여 상술한 모터 구동 제어 장치에서 수행되므로, 상술한 설명과 동일하거나 그에 상응하는 내용은 이하에서 중복적으로 설명하지 아니한다.
도 7을 참조하면, 먼저, 모터 구동 제어 장치(10)는 모터(20)의 온도를 측정할 수 있다(S100).
다음으로, 모터 구동 제어 장치(10)는 모터(20) 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 복수의 온도 구간 중 모터(20)의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있다(S200).
다음으로, 모터 구동 제어 장치(10)는 추출되는 온도 구간에 따라 모터(20)에 제공되는 전류를 조절할 수 있다(S300).
일 실시예에서, 온도 구간을 추출하는 단계(S200)는 모터(20) 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하여 모터(20)의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출할 수 있다.
일 실시예에서, 전류를 조절 하는 단계(S300)는, 모터(20)와 접지 사이의 저항값을 조절하여 모터(20)에 제공되는 전류를 조절할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
10 : 모터 구동 제어 장치
20 : 모터
100 : 고온 보호 회로부
200 : 모터 구동부
300 : 전류 조절부
310 : 저항부
320 : 스위칭부
400 : 제어부
410 : 비교부
420 : 스위칭 제어부

Claims (14)

  1. 모터 구동 신호를 생성하여 모터에 제공하는 모터 구동부;
    상기 모터의 온도 변화에 따라 상기 모터 구동부의 동작을 제어하는 고온 보호 회로부;
    상기 모터 구동부와 접지단 사이에 연결되어 상기 모터 구동부에 흐르는 전류를 조절하는 전류 조절부; 및
    상기 모터의 온도가 높아질수록 상기 모터 구동부에서 상기 모터로 제공되는 전류량이 감소하도록 상기 전류 조절부를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고온 보호 회로부는,
    상기 모터의 온도 변화에 따라 상기 모터가 턴-온 또는 턴-오프 되도록 상기 모터 구동부를 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고온 보호 회로부는,
    상기 모터의 온도가 기 설정된 온도에 대응되는 제1 온도가 되면, 상기 모터가 턴-오프 되도록 상기 모터 구동부를 제어하고, 상기 모터의 온도가 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도가 되면, 상기 모터가 턴-온 되도록 상기 모터 구동부를 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전류 조절부는, 가변 저항인 모터 구동 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 온도가 증가하면, 상기 가변 저항의 저항값이 증가하도록 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전류 조절부는,
    상기 모터 구동부와 상기 접지단 사이에 각각 연결되는 복수개의 저항을 포함하여 구성되는 저항부; 및
    상기 복수개의 저항과 연결되는 복수개의 스위치를 포함하여 구성되는 스위칭부; 를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 온도가 증가하면, 상기 모터 구동부와 접지단 사이의 저항값이 증가하도록 상기 스위칭부를 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 모터의 온도를 측정하고, 미리 설정된 복수의 온도 구간 중 상기 모터의 온도가 포함되는 온도 구간을 추출하며, 상기 추출된 온도 구간에 따라 상기 스위치를 제어하는 모터 구동 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 측정된 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하여 상기 모터 온도가 포함되는 온도 구간을 추출하는 모터 구동 제어 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 측정된 온도에 대응되는 전압값을 미리 설정된 온도 구간별 기준 전압값과 비교하는 복수개의 비교기를 포함하는 비교부; 및
    상기 비교부로부터 출력되는 결과값을 이용하여 스위칭 제어 신호를 생성하고, 이를 상기 스위칭부로 출력하는 스위칭 제어부; 를 포함하는 모터 구동 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 모터 구동부는,
    펄스폭 변조 방식을 이용하여 상기 모터에 상기 모터 구동 신호를 제공하는 PWM 인버터인 모터 구동 제어 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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