KR101714703B1 - 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치에 관한 것으로, 포지티브(positive) 전압과 네거티브(negative) 전압을 출력하는 단상 인버터; 브러시리스(brushless) 모터의 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 센서부; 및 브러시리스 모터의 삼상 중에서 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 결정되는 서로 다른 두 개의 상으로 포지티브 전압과 네거티브 전압을 각각 출력하는 브러시리스 모터 구동부를 포함하는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치를 제공한다.

Description

단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치{DEVICE FOR DRIVING BRUSHLESS MOTOR USING SINGLE-PHASE INVERTER}
본 발명은 단상 인버터를 이용하여 브러시리스 모터의 삼상 전압을 구동하기 위한 장치에 관한 것이다.
제어신호에 의해 부하를 구동하기 위한 장치로서 서보 모터(servo motor)가 이용된다. 서보 모터는 모터 드라이버(motor driver)에 의해 구동된다. 일반적으로, DC 모터는 단상 인버터 드라이버에 의해 구동되는 반면, BLDC 모터는 3상 인버터 드라이버에 의해 구동된다. 이에 따라, 하나의 모터 드라이버를 DC 모터와 BLDC 모터에 겸용으로 사용할 수 없기 때문에, 모터 드라이버의 활용도가 낮다.
또한, 종래의 BLDC 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버는 모터 전원, 홀 센서(Hall sensor)의 신호라인, 엔코더(encoder)의 신호라인 등으로 인해 전장 시스템이 비교적 복잡하며, 모터의 3상으로 입력되는 전압을 제어부(MCU)에서 소프트웨어적으로 제어하므로, BLDC 모터를 고속으로 구동시 변환(commutation) 구간을 처리하기 어렵고, 변환 구간에서 전류 리플이 발생하여 제어 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 단상 인버터의 포지티브(positive)/네거티브(negative) 전압을 이용하여 브러시리스 모터의 삼상 전압을 구동할 수 있는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 하나의 모터 드라이버를 이용하여 DC 모터와 BLDC 모터를 겸용으로 구동할 수 있는 브러시리스 모터 구동 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 BLDC 모터의 3상 전압을 하드웨어적으로 제어하여 3상 변환(commutation) 구간을 효율적으로 처리할 수 있고, 3상 변환 구간에서 전류 리플을 줄여 제어 성능을 향상시킬 수 있는 브러시리스 모터 구동 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치는 단상 모터를 구동시킬 수 있는 포지티브(positive) 전압과 네거티브(negative) 전압을 출력하는 단상 인버터; 브러시리스(brushless) 모터의 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 센서부; 및 상기 단상 인버터의 출력단과 상기 브러시리스 모터의 삼상 입력단자 사이에 연결되어 상기 단상 인버터로부터 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 제공받고, 상기 브러시리스 모터의 삼상 중에서 상기 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 결정되는 서로 다른 두 개의 상으로 상기 단상 인버터의 포지티브 전압과 상기 단상 인버터의 네거티브 전압을 각각 출력하는 브러시리스 모터 구동부를 포함한다.
상기 브러시리스 모터 구동부는, 상기 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 상기 브러시리스 모터의 삼상으로 출력되는 신호를 결정하기 위한 신호를 출력하는 로직 게이트부; 및 상기 로직 게이트부의 출력 신호에 따라 상기 브러시리스 모터의 삼상 중 두 개의 상으로 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 각각 출력하는 구동 스위치부를 포함할 수 있다.
상기 위치 검출 센서부는 상기 브러시리스 모터의 회전자의 위치를 검출하는 제1 내지 제3 위치 검출 센서를 포함하고, 상기 브러시리스 모터 구동부는 상기 제1 내지 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 조합에 따라, 상기 브러시리스 모터의 서로 다른 두 개의 상으로 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 각각 출력할 수 있다.
상기 로직 게이트부는, 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제1 출력 신호를 출력하는 제1 논리곱 게이트; 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제2 출력 신호를 출력하는 제2 논리곱 게이트; 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제3 출력 신호를 출력하는 제3 논리곱 게이트; 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제4 출력 신호를 출력하는 제4 논리곱 게이트; 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제5 출력 신호를 출력하는 제5 논리곱 게이트; 및 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제6 출력 신호를 출력하는 제6 논리곱 게이트를 포함할 수 있다.
상기 구동 스위치부는, 상기 포지티브 전압이 출력되는 상기 단상 인버터의 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제1 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제1 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제1 트랜지스터; 상기 네거티브 전압이 출력되는 상기 단상 인버터의 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제1 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제2 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제2 트랜지스터; 상기 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제2 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제3 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제3 트랜지스터; 상기 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제2 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제4 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제4 트랜지스터; 상기 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제3 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제5 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제5 트랜지스터; 및 상기 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제3 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제6 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제6 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치는 직류 모터의 구동시, 상기 단상 인버터의 포지티브 전압과 네거티브 전압이 상기 직류 모터의 단상 전압으로 입력되고, 브러시리스 모터의 구동시, 상기 브러시리스 모터 구동부의 출력 전압이 상기 브러시리스 모터의 삼상 전압으로 입력될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 단상 인버터의 포지티브(positive)/네거티브(negative) 전압을 이용하여 브러시리스 모터의 삼상 전압을 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하나의 모터 드라이버를 이용하여 DC 모터와 BLDC 모터를 겸용으로 구동할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, BLDC 모터의 3상 전압을 하드웨어적으로 제어하여 3상 변환(commutation) 구간을 효율적으로 처리할 수 있으며, 3상 변환 구간에서 전류 리플을 줄여 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치를 좀 더 구체적으로 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치를 보여주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터의 구동 장치의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 홀 센서의 상태에 따른 브러시리스(BLDC) 모터의 삼상 신호의 진리표를 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터의 구동 장치를 구성하는 제1 홀 센서의 검출 신호가 논리 '1'이고, 제2 홀 센서의 검출 신호가 논리 '0'이고, 제3 홀 센서의 검출 신호가 논리 '1'인 경우의 동작 상태를 보여주는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 단상 인버터(single-phase inverter)를 이용한 브러시리스 모터(brushless motor) 구동 장치는 단상 인버터에서 출력되는 포지티브(positive) 전압과 네거티브(negative) 전압을 이용하여 브러시리스 모터를 구동하는데 활용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치는 단상 인버터와, 모터의 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 센서부와, 브러시리스 모터의 삼상 중에서 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 결정되는 서로 다른 두 개의 상으로 단상 인버터의 포지티브 전압과 네거티브 전압을 각각 출력하는 브러시리스 모터 구동부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 단상 인버터의 포지티브(positive)/네거티브(negative) 전압을 이용하여 브러시리스 모터의 삼상 전압을 구동할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 하나의 모터 드라이버를 이용하여 DC(Direct Current) 모터와 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 겸용으로 구동할 수 있으며, BLDC 모터의 3상 전압을 하드웨어적으로 제어하여 3상 변환(commutation) 구간을 효율적으로 처리할 수 있고, 3상 변환 구간에서 전류 리플을 줄여 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치(100)의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치(100)는 단상 인버터(110), 위치 검출 센서부(120) 및 브러시리스 모터 구동부(130)를 포함한다.
단상 인버터(110)는 단상의 신호, 즉 포지티브(positive) 전압과 네거티브(negative) 전압을 출력한다. 단상 인버터(110)는 포지티브 전압을 출력하는 포지티브 레그(111), 네거티브 전압을 출력하는 네거티브 레그(112)를 구비한다. 단상 인버터(110)는 교류를 직류로 변환하는 컨버터(converter), 변환된 직류를 단상 모터를 제어하기 위해 필요한 교류로 변환하는 인버터(inverter)를 포함하는 모터 드라이버(motor driver)로 제공될 수 있다. 단상 인버터(110)에 대하여는 잘 알려져 있으므로, 이에 대하여는 상세한 설명을 생략한다. 단상 인버터(110)는 종래에 알려져 있는 구조뿐 아니라, 장래에 개발되는 구조를 포함하여 다양한 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예는 단상 인버터(110)의 단상 출력 전압을 이용하여 브러시리스 모터(10)의 삼상(3-phase) 전압을 제공하기 위한 기술을 제시한다. 브러시리스 모터(10)의 구동은 3상 전압(U,V,W)에 따라 제어된다. 위치 검출 센서부(120)는 브러시리스 모터(10)의 회전자의 위치를 검출한다. 위치 검출 센서부(120)는 예를 들어, 홀 센서(Hall sensor)로 제공될 수 있다. 위치 검출 센서부(120)는 다수의 홀 센서, 예를 들어 3개의 홀 센서를 포함할 수 있다.
브러시리스 모터 구동부(130)는 위치 검출 센서부(120)로부터 검출 신호를 입력받고, 단상 인버터(110)로부터 포지티브 전압과 네거티브 전압을 입력받고, 브러시리스 모터(10)의 삼상 중에서 위치 검출 센서부(120)의 검출 신호에 따라 결정되는 서로 다른 두 개의 상으로 단상 인버터(110)로부터 제공받은 포지티브 전압과 네거티브 전압을 각각 출력한다. 즉, 브러시리스 모터 구동부(130)의 삼상 전압에 인가되는 단상 인버터(110)의 포지티브 전압과 네거티브 전압의 종류는 위치 검출 센서부(120)의 검출 신호에 따라 변화한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치(100)를 좀 더 구체적으로 보여주는 구성도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 브러시리스 모터 구동부(130)는 로직 게이트부(131)와 구동 스위치부(132)를 포함한다.
로직 게이트부(131)는 위치 검출 센서부(120)의 검출 신호에 따라 브러시리스 모터(10)의 삼상으로 출력되는 신호를 결정하기 위한 신호를 출력한다. 로직 게이트부(131)는 다수의 논리 게이트(logic gate), 예를 들어, 다수의 부정 게이트(NOT gate)와 다수의 앤드 게이트(AND gate)를 포함할 수 있다.
구동 스위치부(132)는 로직 게이트부(131)의 출력 신호에 따라 브러시리스 모터(10)의 삼상 중 두 개의 상으로 단상 인버터(110)의 포지티브 전압과 네거티브 전압을 각각 출력한다. 구동 스위치부(132)는 로직 게이트부(131)의 출력 신호에 따라 제어되어 포지티브 전압 또는 네거티브 전압을 선택적으로 출력하는 다수의 트랜지스터(transistor)를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치(100)를 보여주는 회로도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 위치 검출 센서부(120)는 브러시리스 모터(10)의 회전자의 위치를 검출하는 제1 내지 제3 위치 검출 센서를 포함한다. 이하에서는 위치 검출 센서부(120)가 3개의 홀 센서(121,122,123)로 이루어지는 경우를 예로 들어, 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 브러시리스 모터 구동부(130)는 제1 내지 제3 홀 센서(121,122,123)의 검출 신호의 조합에 따라, 브러시리스 모터(10)의 서로 다른 두 개의 상으로 단상 인버터(110)의 포지티브 전압과 네거티브 전압을 각각 출력할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 로직 게이트부(131)는 제1 내지 제6 부정 게이트(NOT gate)와, 제1 내지 제6 논리곱 게이트(AND gate)를 포함할 수 있다. 로직 게이트부(131)는 제1 내지 제3 논리 게이트부를 포함할 수 있다. 제1 논리 게이트부(1301,1302,1311,1312)는 브러시리스 모터(10)의 3상 중에서 'U' 상의 전압을 결정하기 위해 제공될 수 있다. 제2 논리 게이트부(1303,1304,1313,1314)는 브러시리스 모터(10)의 3상 중에서 'V' 상의 전압을 결정하기 위해 제공될 수 있다. 제3 논리 게이트부(1305,1306,1315,1316)는 브러시리스 모터(10)의 3상 중에서 'W' 상의 전압을 결정하기 위해 제공될 수 있다.
제1 논리 게이트부는 제1 부정 게이트(1301), 제2 부정 게이트(1302), 제1 논리곱 게이트(1311) 및 제2 논리곱 게이트(1312)를 포함한다. 제1 부정 게이트(1301)는 제2 홀 센서(122)의 검출 신호를 반전시킨다. 제2 부정 게이트(1302)는 제1 홀 센서(121)의 검출 신호를 반전시킨다.
제1 논리곱 게이트(1311)는 제1 홀 센서(121)의 검출 신호와, 제2 부정 게이트(1302)의 출력 신호(제2 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제1 홀 센서(121)의 검출 신호와 제2 홀 센서(122)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제1 출력 신호(G1)를 출력한다. 제1 출력 신호(G1)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
제2 논리곱 게이트(1312)는 제2 홀 센서(122)의 검출 신호와, 제1 부정 게이트(1301)의 출력 신호(제1 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제2 홀 센서(122)의 검출 신호와 제1 홀 센서(121)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제2 출력 신호(G2)를 출력한다. 제2 출력 신호(G2)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
제2 논리 게이트부는 제3 부정 게이트(1303), 제4 부정 게이트(1304), 제3 논리곱 게이트(1313) 및 제4 논리곱 게이트(1314)를 포함한다. 제3 부정 게이트(1303)는 제3 홀 센서(123)의 검출 신호를 반전시킨다. 제4 부정 게이트(1304)는 제2 홀 센서(122)의 검출 신호를 반전시킨다.
제3 논리곱 게이트(1313)는 제2 홀 센서(122)의 검출 신호와, 제3 부정 게이트(1303)의 출력 신호(제3 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제2 홀 센서(122)의 검출 신호와 제3 홀 센서(123)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제3 출력 신호(G3)를 출력한다. 제3 출력 신호(G3)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
제4 논리곱 게이트(1314)는 제3 홀 센서(123)의 검출 신호와, 제4 부정 게이트(1304)의 출력 신호(제2 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제3 홀 센서(123)의 검출 신호와 제2 홀 센서(122)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제4 출력 신호(G4)를 출력한다. 제4 출력 신호(G4)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
제3 논리 게이트부는 제5 부정 게이트(1305), 제6 부정 게이트(1306), 제5 논리곱 게이트(1315) 및 제6 논리곱 게이트(1316)를 포함한다. 제5 부정 게이트(1305)는 제1 홀 센서(121)의 검출 신호를 반전시킨다. 제6 부정 게이트(1306)는 제3 홀 센서(123)의 검출 신호를 반전시킨다.
제5 논리곱 게이트(1315)는 제3 홀 센서(123)의 검출 신호와, 제5 부정 게이트(1305)의 출력 신호(제1 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제3 홀 센서(123)의 검출 신호와 제1 홀 센서(121)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제5 출력 신호(G5)를 출력한다. 제5 출력 신호(G5)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
제6 논리곱 게이트(1316)는 제1 홀 센서(121)의 검출 신호와, 제6 부정 게이트(1306)의 출력 신호(제3 홀 센서의 검출 신호의 반전 신호)를 입력받고, 제1 홀 센서(121)의 검출 신호와 제3 홀 센서(123)의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제6 출력 신호(G6)를 출력한다. 제6 출력 신호(G6)는 구동 스위치부(132)로 제공된다.
구동 스위치부(132)는 제1 내지 제6 트랜지스터(Q1~Q6)를 포함한다. 제1 트랜지스터(Q1)는 단상 인버터(110)의 포지티브 레그(111)와 브러시리스 모터(10)의 제1 상('U' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제1 논리곱 게이트(1311)로부터 출력된 제1 출력 신호(G1)가 게이트단으로 인가된다. 제2 트랜지스터(Q2)는 단상 인버터(110)의 네거티브 레그(112)와 브러시리스 모터(10)의 제1 상('U' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제1 논리곱 게이트(1311)로부터 출력된 제2 출력 신호(G2)가 게이트단으로 인가된다.
제3 트랜지스터(Q3)는 포지티브 레그(111)와 브러시리스 모터(10)의 제2 상('V' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제3 논리곱 게이트(1313)로부터 출력된 제3 출력 신호(G3)가 게이트단으로 인가된다. 제4 트랜지스터(Q4)는 네거티브 레그(112)와 브러시리스 모터(10)의 제2 상('V' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제4 논리곱 게이트(1314)로부터 출력된 제4 출력 신호(G4)가 게이트단으로 인가된다.
제5 트랜지스터(Q5)는 포지티브 레그(111)와 브러시리스 모터(10)의 제3 상('W' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제5 논리곱 게이트(1315)로부터 출력된 제5 출력 신호(G5)가 게이트단으로 인가된다. 제6 트랜지스터(Q6)는 네거티브 레그(112)와 브러시리스 모터(10)의 제3 상('W' 상)의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 제6 논리곱 게이트(1316)로부터 출력된 제6 출력 신호(G6)가 게이트단으로 인가된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터의 구동 장치(100)의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 홀 센서들(121,122,123)의 상태에 따른 브러시리스(BLDC) 모터의 삼상 신호의 진리표를 보여준다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 예를 들어, 제1 홀 센서(121)의 검출 신호가 논리 '1'이고, 제2 홀 센서(122)의 검출 신호가 논리 '0'이고, 제3 홀 센서(123)의 검출 신호가 논리 '1'인 경우, 제1 출력 신호(G1)는 'High' 레벨(논리 '1'), 제2 출력 신호(G2)는 'Low' 레벨(논리 '0'), 제3 출력 신호(G3)는 'Low' 레벨(논리 '0'), 제4 출력 신호(G4)는 'High' 레벨(논리 '1'), 제5 출력 신호(G5)는 'Low' 레벨(논리 '0'), 제6 출력 신호(G6)는 'Low' 레벨(논리 '0')이 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터의 구동 장치(100)를 구성하는 제1 내지 제3 홀 센서(121,122,123)의 검출 신호가 각각 논리 '1', 논리 '0', 논리 '1'인 경우의 동작 상태를 보여주는 회로도이다. 제1 내지 제6 트랜지스터(Q1~Q6)가 NMOS(N-type MOS) 트랜지스터인 경우를 예로 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 트랜지스터(Q1)와 제4 트랜지스터(Q4)는 턴온(turn-on)되고, 제2 내지 제3 트랜지스터(Q2,Q3)와 제5 내지 제6 트랜지스터(Q5,Q6)는 턴오프(turn-off)되므로, 브러시리스 모터(10)의 'U' 상에는 단상 인버터(110)의 포지티브 전압이 제공되고, 브러시리스 모터(10)의 'V' 상에는 단상 인버터(110)의 네거티브 전압이 제공되고, 브러시리스 모터(10)의 'W' 상은 오픈(Open)된다. 도 3 및 도 5의 실시 예에서는 제1 내지 제6 트랜지스터(Q1~Q6)가 NMOS 트랜지스터인 경우를 예로 들었으나, 제1 내지 제6 트랜지스터(Q1~Q6)는 PMOS(P-type MOS) 트랜지스터로 구현될 수도 있다.
BLDC 모터에서 홀 센서들은 '000' 혹은 '111'의 신호를 내보내지 않으므로, 홀 센서들(121,122,123)에서 검출된 모터 회전자의 위치 정보에 따라 홀 센서들(121,122,123)의 검출 신호는 6개의 구간(조합)으로 나타난다. 각각의 구간에서 3상 브러시리스 모터에 전류가 흐르는 상은 2상이며, 나머지 1개의 상은 오픈(Open)된다. 즉, 모터 회전자의 위치에 따라 전압이 인가되어야 하는 상은 2개로서, 홀 센서들(121,122,123)의 정보에 따라 브러시리스 모터에 U, V, W 상 중 2개의 상의 전압으로 단상 인버터(110)의 포지티브 전압과 네거티브 전압이 번갈아가면서 인가되고, 이에 따라 브러시리스 모터(10)가 구동된다.
도 2 및 도 3을 참조하여 부연하면, NOT 게이트들, AND 게이트들로 이루어진 로직 게이트부(131)는 홀 센서들에 따라 후단의 구동 스위치부(132)의 트랜지스터들의 온/오프(on/off)를 결정하기 위한 신호를 출력한다. 후단의 6개의 트랜지스터들은 로직 게이트부(131)로부터 출력된 신호를 게이트단으로 입력받아, 브러시리스 모터(10)의 U, V, W 상에 단상 인버터(110)의 포지티브(Positive)/네거티브(Negative) 전압을 도통시키는 역할을 한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 제어부(MCU)에서 DC 모터를 구동하는 단상 인버터를 포함하는 드라이버를 이용하여, 단상 인버터 드라이버의 수정 없이 그대로 적용하여 BLDC 모터를 구동할 수 있다. 또한, 회로를 BLDC 모터 내부에 내재화하여 시스템 구성을 간소화할 수 있으며, DC 모터와 동일한 시스템으로 BLDC 모터를 구동할 수 있다.
단상 인버터(110)의 출력단(포지티브 레그 111, 네거티브 레그 112)은 구동 스위치부(132)에 마련될 수 있는 커넥터(미도시)에 결합되거나, 커넥터로부터 분리될 수 있다. 커넥터는 구동 스위치부(132)의 트랜지스터들(Q1~Q6)의 드레인단에 제공될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치는 하나의 모터 드라이버를 이용하여 DC 모터와 BLDC 모터를 겸용으로 구동할 수 있다.
직류 모터를 구동하고자 하는 경우, 예를 들어 단상 인버터(110)의 출력단(포지티브 레그 111, 네거티브 레그 112)은 구동 스위치부(132)에 마련된 커넥터로부터 분리되어 직류 모터의 단상에 연결될 수 있고, 이에 따라 단상 인버터(110)에 의해 직류 모터가 구동될 수 있다.
브러시리스 모터를 구동하고자 하는 경우, 예를 들어, 단상 인버터(110)의 출력단(포지티브 레그 111, 네거티브 레그 112)이 구동 스위치부(132)에 마련된 커넥터에 결합될 수 있고, 이에 따라 단상 인버터(110)와 구동 스위치부(132)의 3상 출력 전압에 의하여 브러시리스 모터(10)가 구동될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 홀 센서들의 출력 신호와, 다수의 논리 게이트들 및 트랜지스터들을 포함하는 하드웨어구성에 의하여 BLDC 모터의 3상 전압이 제어되므로, 소프트웨어적으로 BLDC 모터의 3상 전압을 제어하는 경우에 비해, 3상 변환(commutation) 구간을 효율적으로 처리할 수 있으며, 3상 변환 구간에서의 전류 리플을 줄여 제어 성능을 향상시킬 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 브러시리스 모터 100: 브러시리스 모터 구동 장치
110: 단상 인버터 111: 포지티브 레그(positive leg)
112: 네거티브 레그(negative leg) 120: 위치 검출 센서부
121~123: 홀 센서 130: 브러시리스 모터 구동부
131: 로직 게이트부 132: 구동 스위치부
1301~1306: 부정 게이트 1311~1316: 논리곱 게이트
Q1~Q6: 트랜지스터

Claims (6)

  1. 단상 모터를 구동시킬 수 있는 포지티브(positive) 전압과 네거티브(negative) 전압을 출력하는 출력단을 구비하는 단상 인버터;
    브러시리스(brushless) 모터의 회전자의 위치를 검출하는 위치 검출 센서부; 및
    상기 단상 인버터의 상기 출력단과 상기 브러시리스 모터의 삼상 입력단자 사이에, 상기 단상 인버터의 상기 출력단으로부터 분리 가능하게 연결되고, 상기 단상 인버터의 상기 출력단에 연결시 상기 단상 인버터로부터 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 제공받고, 상기 브러시리스 모터의 삼상 중에서 상기 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 결정되는 서로 다른 두 개의 상으로 상기 단상 인버터의 포지티브 전압과 상기 단상 인버터의 네거티브 전압을 각각 출력하는 브러시리스 모터 구동부를 포함하며,
    상기 브러시리스 모터 구동부는,
    상기 위치 검출 센서부의 검출 신호에 따라 상기 브러시리스 모터의 삼상으로 출력되는 신호를 결정하기 위한 신호를 출력하는 로직 게이트부; 및
    상기 로직 게이트부의 출력 신호에 따라 상기 브러시리스 모터의 삼상 중 두 개의 상으로 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 각각 출력하는 구동 스위치부를 포함하고,
    상기 단상 모터의 구동을 위하여, 상기 단상 인버터의 상기 출력단이 상기 구동 스위치부에 마련된 커넥터로부터 분리되어 상기 단상 모터 측에 연결됨으로써, 상기 단상 인버터의 포지티브 전압과 네거티브 전압이 상기 단상 모터로 입력되고,
    상기 브러시리스 모터의 구동을 위하여, 상기 단상 인버터의 상기 출력단이 상기 구동 스위치부에 마련된 상기 커넥터에 결합되어, 상기 브러시리스 모터 구동부의 출력 전압이 상기 브러시리스 모터의 삼상 전압으로 입력되도록 구성되어,
    상기 단상 모터와 상기 브러시리스 모터를 겸용으로 구동할 수 있도록 제공되는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 검출 센서부는 상기 브러시리스 모터의 회전자의 위치를 검출하는 제1 내지 제3 위치 검출 센서를 포함하고,
    상기 브러시리스 모터 구동부는 상기 제1 내지 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 조합에 따라, 상기 브러시리스 모터의 서로 다른 두 개의 상으로 상기 포지티브 전압과 상기 네거티브 전압을 각각 출력하는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 로직 게이트부는,
    상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제1 출력 신호를 출력하는 제1 논리곱 게이트;
    상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제2 출력 신호를 출력하는 제2 논리곱 게이트;
    상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제3 출력 신호를 출력하는 제3 논리곱 게이트;
    상기 제2 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제4 출력 신호를 출력하는 제4 논리곱 게이트;
    상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호와 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호를 논리곱하여 제5 출력 신호를 출력하는 제5 논리곱 게이트; 및
    상기 제3 위치 검출 센서의 검출 신호의 반전 신호와 상기 제1 위치 검출 센서의 검출 신호를 논리곱하여 제6 출력 신호를 출력하는 제6 논리곱 게이트를 포함하는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 구동 스위치부는,
    상기 포지티브 전압이 출력되는 상기 단상 인버터의 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제1 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제1 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제1 트랜지스터;
    상기 네거티브 전압이 출력되는 상기 단상 인버터의 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제1 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제2 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제2 트랜지스터;
    상기 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제2 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제3 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제3 트랜지스터;
    상기 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제2 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제4 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제4 트랜지스터;
    상기 포지티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제3 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제5 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제5 트랜지스터; 및
    상기 네거티브 레그와 상기 브러시리스 모터의 제3 상의 사이에 드레인단과 소스단이 연결되고, 상기 제6 출력 신호가 게이트단으로 인가되는 제6 트랜지스터를 포함하는 단상 인버터를 이용한 브러시리스 모터 구동 장치.
  6. 삭제
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