KR101887940B1 - 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 h-브리지 직류모터 구동회로 - Google Patents

2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 h-브리지 직류모터 구동회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2단 전류제한 기능과 타이머 기능을 부여함으로써 특히 과부하에 의한 모터 및/또는 모터 구동회로의 소손이 방지되도록 한 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로에 관한 것으로, 입력신호에 따라 직류모터를 제어하는 H-브리지 모터 구동부(10)와, 상기 직류모터로 인가되는 전류를 검출하여 과부하 상태를 감지하는 전류감지부(20)와, 상기 전류감지부(20)에 의해 과부하로 판단되면 전류를 제한하는 전류제한제어부(30)와, 상기 과부하가 지속되면 전류제한제어부의 전류를 낮은 전류로 제한하는 2단 전류제어부(40)와, 소정 시간 간격으로 2단 전류제어부를 초기화시켜 2단 전류제어부의 제한전류를 정상 상태로 복귀시키는 타이머부(50)를 포함한다.

Description

2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로{H-Bridge Driver Circuit Of DC Motor Having A Two Step Current Limit And Timer Function}
본 발명은 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지(H-Bridge) 직류모터(DC Motor) 구동회로에 관한 것으로, 상세하게는 2단 전류제한 기능과 타이머에 의한 리셋기능을 부여함으로써 특히 과부하에 의한 직류모터 및/또는 모터 구동회로의 소손이 방지되도록 한 것이다.
일반적으로 포목교정기, 또는 텐터기(Tenter Machine) 전단에는 원단이 좌.우로 치우치지 않고 정확히 가운데로 공급되도록 교정해 주는 센터링 가이드(Centering Guide)가 설치되고, 상기 센터링 가이드는 직류모터에 의해 제어된다.
또한 포목교정기에서 원단의 폭에 따라 위사감지기(Detector) 간의 Wide/Narrow를 조정하는 Wide/Narrow조정기도 직류모터에 의해 제어된다.
상기 센터링 가이드(Centering Guide) 및 Wide/Narrow조정기는 원단의 좌.우 치우침과 폭을 인식하여 직류모터의 정역회전과 정지상태를 제어하는 방법으로 센터링 및 Wide/Narrow 조정을 가능하게 한다.
한편, 직류모터에 의해 구동되는 센터링가이드와 Wide/Narrow조정기에 원단에서 떨어져 나온 실이나 이물질 등이 끼이게 되면 직류모터에 과부하가 걸리면서 직류모터 또는 모터 구동회로가 소손되게 된다.
이러한 현상을 방지하기 위하여 과부하가 걸리더라도 일정 전류 이상의 전류가 흐르지 못하도록 전류제한(Current Limit) 기능을 모터 구동회로에 적용하고 있으나, 단순히 전류만 제한하고 있어서 지속적으로 과부하가 유지될 경우 직류모터 및/또는 모터 구동회로가 쉽게 소손되는 문제점이 있다.
상기 직류모터 및/또는 모터 구동회로의 소손을 막기 위하여 전류제한을 낮추면 직류모터의 회전 토크가 떨어지면서 이물질 유입에 의한 부하나 사소한 장애에도 직류모터가 멈추는 등의 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-0304056호(발명의 명칭: 직류모터 구동장치의 제어회로, 2001. 11. 01. 특허공고) 대한민국 공개특허공보 특2003-0019791호(발명의 명칭: 모터 구동회로, 2003. 03. 07. 특허공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0281054호(발명의 명칭: 직류모터의 구동회로, 2001. 03. 02. 특허공고)
본 발명에서는 기존의 전류제한 기능을 이용하되 2단 전류제한 기능과 타이머 리셋기능을 부여함으로써 회전토크(또는 파워)는 그대로 유지하면서 과부하에 의한 소손이 방지되는 2단 전류제한 및 타이머 리셋기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로를 제공함에 목적이 있다.
본 발명은 입력신호에 따라 직류모터를 제어하는 H-브리지 모터 구동부와, 상기 직류모터로 인가되는 전류를 검출하여 과부하 상태를 감지하는 전류감지부와, 상기 전류감지부에 의해 과부하로 판단되면 전류를 제한하는 전류제한제어부와, 상기 과부하가 지속되면 전류제한제어부의 전류보다 낮은 전류로 제한하는 2단 전류제어부와, 소정 시간 간격으로 2단 전류제어부를 초기화시켜 전류제한을 정상 상태로 복귀시키는 타이머부를 포함한다.
상기 2단 전류제어부는, 인버터(U1-B)(U1-C)와 복수의 저항(R12~R14)과 다이오드(D6)(D7)(D8)와 커패시터(C4)를 포함할 수 있다.
상기 타이머부는, 타이머 IC(U2)와 트랜지스터(Q10)와 복수의 저항(R15)(R16) 및 커패시터(C6)(C7)를 포함할 수 있다.
상기 2단 전류제어부는, 전류제한 상태에서 과부하가 지속되면 정상 전류제한 상태보다 낮은 전류제한 상태로 제어되도록 함을 특징으로 할 수 있다.
상기 타이머부는, 낮은 전류제한 상태에서 소정시간 간격으로 2단 전류제어부를 초기화하여 정상전류제한 상태로 복귀시키는 기능을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 2단계 전류제한(정상 전류제한 및 낮은 전류제한) 기능에 의해 정상전류제한 상태에서 과부하가 일정시간 지속되면 낮은 전류제한 상태로 자동 전환되어 직류모터 및/또는 모터 구동회로의 소손을 방지하는 효과가 있다.
본 발명은 낮은 전류제한 상태에서 타이머(U2)에 의해 설정된 수초의 시간이 경과되면 다시 정상 전류제한 상태로 전환되면서 직류모터를 정상적으로 기동시키는 효과가 있다.
본 발명은 낮은 전류제한 상태에서 직류모터가 반대방향으로 회전하는 조건이 될 때는 모터의 회전방향이 바뀌는데 소요되는 100mS정도의 OFF시간으로 인하여 전류제한기능이 해제되므로 타이머 설정시간(제한시간)과는 무관하게 자동으로 정상전류제한 상태로 복귀되어 직류모터의 기동이 원활히 이루어지는 효과가 있다.
또한 본 발명은 과부하에 의한 직류모터 및/또는 모터 구동회로가 보호되고 소손이 방지되므로 산업경쟁력 향상에 파급효과가 클 뿐 아니라, 포목교정기, 텐터기(Tenter Machine) 등에 대한 사용상의 만족도 및 신뢰도가 극대화되는 등의 여러 효과를 동시에 거둘 수 있는 매우 유용한 발명이다.
도 1 : 종래 직류모터 구동회로도.
도 2 : 본 발명 일 예로 도시한 직류모터 구동회로도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 도면들 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일 부호로 기재하고, 관련된 공지구성이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 생략하며, 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
도 1은 종래 H-브리지 직류모터 구동회로도로, H-브리지 모터 구동부(H-Bridge Motor Driver)(10)와, 전류감지부(20)와, 전류제한제어부(30)로 구성되며, 상기 H-브리지 모터 구동부(10)는 CW 및 CCW의 모터 제어입력과, 4개의 FET(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와, 4개의 트랜지스터(Q5)(Q6)(Q7)(Q8)와, 복수의 저항(R1~R8) 및 다이오드(D1)(D2)(D3)(D4)와, 커패시터(C1)와, Motor+ 단자와 Motor- 단자에 접속되는 직류모터를 포함하고, 상기 전류감지부(20)는 트랜지스터(Q9)와 커패시터(C1)(C2)를 포함하며, 상기 전류제한제어부(30)는 인버터(U1-A)와 풀업 저항(R9)을 포함하며, 직류모터의 정역회전 및 정지상태가 제어된다.
도 2는 본 발명 일 예로 도시한 2단 전류제한 및 타이머 기능을 가진 직류모터 구동회로의 블럭도로, 입력신호에 따라 직류모터를 구동하는 H-브리지 모터 구동부(10)와, 직류모터로 인가되는 전류를 검출하여 과부하 상태를 감지하는 전류감지부(20)와, 과부하로 판단되면 전류를 제한하는 전류제한제어부(30)와, 과부하 상태가 지속되면 전류제한 상태를 낮은 전류로 제한하는 2단 전류제어부(40)와, 낮은 전류제한 상태에서 소정 시간 간격으로 2단 전류제어부(40)를 초기화시켜 정상 전류제한 상태로 복귀시키는 타이머부(50)를 포함한다.
본 발명에서, H-브리지 모터 구동부(10)는 CW 및 CCW의 모터 제어입력과, 4개의 FET(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와, 4개의 트랜지스터(Q5)(Q6)(Q7)(Q8)와, 복수의 저항(R1~R8) 및 다이오드(D1)(D2)(D3)(D4)와 커패시터(C1)와 양극단자(Motor+) 및 음극단자(Motor-)에 접속되는 직류모터를 포함하고, 전류감지부(20)는 트랜지스터(Q9)와 커패시터(C1)(C2)를 포함하며, 전류제한제어부(30)는 인버터(U1-A)와 풀업저항(R9)을 포함하며, 2단 전류제어부(40)는 인버터(U1-B)(U1-C)와 복수의 저항(R12~R14) 및 다이오드(D6)(D7)(D8)와 커패시터(C4)를 포함하고, 타이머부(50)는 타이머 IC(U2)와 트랜지스터(Q10)와 복수의 저항(R15)(R16) 및 커패시터(C6)(C7)를 포함하여 구성되며, 직류모터의 정역회전 및 정지상태가 제어되면서 과부하에 의한 직류모터 및/또는 모터 구동회로의 소손이 방지된다.
본 발명에서 Vcc+는 회로로 인가되는 전원으로 예컨대 +12V일 수 있고, V+는 직류모터로 공급되는 구동전원으로 예컨대 +24V일 수 있다.
상기 H-브리지 모터 구동부(10)는, 4개의 FET(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)와, 4개의 트랜지스터(Q5)(Q6)(Q7)(Q8)와, 구동전원(V+) 공급단자에 접지된 커패시터(C1)와 FET(Q1)(Q2)의 소스가 각각 접속되고, FET(Q1)의 게이트와 소스에 저항(R1)의 양단이 각각 접속되고, FET(Q2)의 게이트와 소스에 저항(R3)의 양단이 각각 접속되고, FET(Q1)의 게이트에는 저항(R2)을 통하여 트랜지스터(Q5)의 콜렉터가 접속되고, FET(Q2)의 게이트에는 저항(R4)을 통하여 트랜지스터(Q6)의 콜렉터가 접속되고, 트랜지스터(Q5)의 베이스에 모터 입력 제어단자(CW)와 다이오드(D1)의 애노드가 접속되고, 트랜지스터(Q6)의 베이스에 모터 입력 제어단자(CCW)와 다이오드(D2)의 애노드가 접속되고, 직류모터의 양극단자(Motor+)에는 FET(Q1)(Q3)의 드레인이 각각 접속되고, 직류모터의 음극단자(Motor-)에는 FET(Q2)(Q4)의 드레인이 각각 접속되고, 다이오드(D1)의 캐소드에는 트랜지스터(Q7)의 베이스와 다이오드(D3)의 캐소드가 접속되고, 다이오드(D2)의 캐소드에는 트랜지스터(Q8)의 베이스와 다이오드(D4)의 캐소드가 접속되고, 다이오드(D3)(D4)의 애노드는 전류제한부(30)의 인버터 IC(U1-A) 출력에 각각 접속되고, 트랜지스터(Q7)의 콜렉터에는 FET(Q3)의 게이트와 풀업 저항(R5)이 각각 접속되고, 트랜지스터(Q8)의 콜렉터에는 FET(Q4)의 게이트와 풀업 저항(R6)이 각각 접속되고, FET(Q3)(Q4)의 소스에는 풀다운 저항(R7)과 전류제한저항(R8)의 일단이 접속되고, 상기 트랜지스터(Q5)(Q6)(Q7)(Q8)의 에미터는 각각 접지 구성된다.
상기 전류감지부(20)는, 트랜지스터(Q9)의 베이스에 전류제한저항(R8)의 타단 및 접지된 커패시터(C5)가 각각 접속되고, 트랜지스터(Q9)의 콜렉터에는 전류제한부(20)의 인버터 IC(U1-A) 입력 및 접지된 커패시터(C2)가 각각 접속되고, 트랜지스터(Q9)의 에미터는 접지 구성된다.
상기 전류제한제어부(30)는, H-브리지 모터 구동부(10)의 다이오드(D3)(D4)의 애노드가 접속되는 인버터 IC(U1-A) 출력에 다이오드(D5)의 애노드가 접속되고, 다이오드(D5)의 캐소드는 저항(R10)을 통하여 2단 전류제어부(40)의 인버터 IC(U1-B) 입력에 접속되고, 상기 저항(R10)과 인버터 IC(U1-B) 입력에는 접지된 커패시터(C3)와 저항(R11)이 각각 접속되고, 인버터 IC(U1-A)의 입력에는 트랜지스터(Q9)의 콜렉터와 풀업 저항(R9)이 접속 구성된다.
상기 2단 전류제어부(40)는, 인버터 IC(U1-B)의 출력에 다이오드(D7)의 애노드와 저항(R12)의 일단이 각각 접속되고, 다이오드(D7)의 캐소드에는 저항(R13)의 일단이 접속되고, 상기 저항(R12)(R13)의 타단에는 트랜지스터(Q10) 콜렉터와 인버터 IC(U1-C)의 입력 및 접지된 커패시터(C4)가 각각 접속되고, 상기 인버터 IC(U1-C)의 출력에는 다이오드(D8)의 캐소드와 저항(R14)의 일단이 각각 접속되고, 상기 저항(R14)의 타단은 다이오드(D6)의 애노드에 접속되고, 상기 다이오드(D6)의 캐소드는 전류감지부(20)의 트랜지스터(Q9)의 베이스에 접속되고, 상기 다이오드(D8)의 애노드는 타이머 IC(U2)의 트리거 단자(TR) 및 스레숄져(threshold) 단자(THR)에 접속되어 2단 전류제어부(40)가 구성된다.
상기 타이머부(50)는, 타이머 IC(U2)의 출력단자(O)에 트랜지스터(Q10)의 베이스가 접속되고, 타이머 IC(U2)의 전원단자(Vcc+)와 트랜지스터(Q9)의 에미터에 전원(Vcc+)이 접속되고, 타이머 IC(U2)의 리셋단자(RS)와 방전단자(DIS)에는 저항(R16)의 양단이 각각 접속되고, 타이머 IC(U2)의 방전단자(DIS)와 트리거 단자(TR)에는 저항(R15)의 양단이 각각 접속되고, 타이머 IC(U2)의 트리거 단자(TR)에는 접지된 커패시터(C6)가 접속되고, 타이머 IC(U2)의 전압제어단자(CV)에는 접지된 커패시터(C7)가 접속되고, 타이머 IC(U2)의 접지단자(GND)는 접지 구성되어 낮은 전류제한 상태에서 소정 시간 간격으로 2단 전류제어부(40)를 초기화(Reset)시켜 정상 전류제한 상태로 복귀시키게 된다.
본 발명 H-브리지 모터 구동부(10)의 동작원리는 다음과 같다.
CW 입력이 로우(L) 이면 트랜지스터(Q5)가 오프(off) 되어 FET(Q1)이 오프 되고 트랜지스터(Q7)이 오프되어 FET(Q3)는 온(on)되므로 직류모터의 (+)출력단자로 0V가 출력되고, CW 입력이 하이(H) 이면 트랜지스터(Q5)가 온되어 FET(Q1)이 온되고 트랜지스터(Q7)이 온(on)되어 FET(Q3)는 오프(off)되므로 직류모터의 (+)출력단자로 +24V가 출력된다.
CCW 입력이 로우(L)이면 트랜지스터(Q6)가 오프(off)되어 FET(Q2)가 오프(off)되고 트랜지스터(Q8)이 오프(off)되어 FET(Q4)는 온(on)되므로 직류모터의 (-)출력단자는 0V가 출력되고, CCW_ON 입력이 하이(H)이면 트랜지스터(Q6)이 온(on)되어 FET(Q2)가 온(on)되고 트랜지스터(Q8)이 온(on)되어 FET(Q4)는 오프(off)되므로서 직류모터의 (-)출력단자에는 +24V가 출력된다.
입력에 따른 FET(Q1)(Q2)(Q3)(Q4)별 상태와 출력 결과는 아래 표1과 같다.
입력 FET 동작상태 출력 직류모터상태
전류제한 CW 입력 CCW 입력 Q1 Q2 Q3 Q4 MOTOR+ MOTOR-
L L L OFF OFF ON ON 0V 0V 정지상태
L L H OFF ON ON OFF 0V +24V CCW 회전
L H L ON OFF OFF ON +24V 0V CW 회전
L H H ON ON OFF OFF +24V +24V 정지상태
H L L OFF OFF OFF OFF floating floating 정지상태
H L H OFF ON OFF OFF floating +24V 정지상태
H H L ON OFF OFF OFF +24V floating 정지상태
H H H ON ON OFF OFF +24V +24V 정지상태
여기서 전류제한입력은 전류제한제어부(30)의 인버터(U1-A) 출력 전압을 의미한다.
본 발명에서 FET(Q1)(Q2)는 P채널의 MOSFET이며 (Q3)(Q4)는 N채널의 MOSFET가 바람직하다.
상기 전류감지부(20) 및 전류제한제어부(30)의 동작원리는 다음과 같다.
H-브리지 모터 구동부(10)의 저항(R7)은 직류모터를 통해 흐르는 전류를 감지하기 위한 분로저항(Shunt Resistor)으로 저항(R7) 양단의 전압은 직류모터의 전류와 저항(R7) 값의 곱이 되어 전류감지부(20)의 트랜지스터(Q9)의 베이스(Base)로 인가된다.
상기 트랜지스터(Q9)의 베이스(Base)로 인가되는 전압이 0.6V 이하일 때 트랜지스터(Q9)는 오프(off)되어 인버터(U1-A)의 입력(1)은 하이(H)가 되고 인버터(U1-A)의 출력(2)은 로우(L)가 되어 다이오드(D3)와 다이오드(D4)은 역방향이 되므로 아무런 기능을 하지 않는다.
상기 트랜지스터(Q9)의 베이스(Base)로 인가되는 전압이 0.6V 이상일 때는 트랜지스터(Q9)가 온(on)되어 인버터(U1-A)의 입력(1)은 로우(L)가 되고 인버터(U1-A)의 출력(2)은 하이(H)가 되어 다이오드(D3)와 다이오드(D4)를 통해 트랜지스터(Q7)와 다른 트랜지스터(Q8)의 베이스(Base)로 공급되므로 FET(Q3)와 FET(Q4)가 오프(off)되므로 직류모터가 정지된다.
직류모터가 정지되면 저항(R7)의 전류는 흐르지 않게 되므로 저항(R7)의 양단 전압은 다시 0V로 되고 트랜지스터(Q9)는 오프(off) 되어 저항(R2)을 통해 커패시터(C2)가 충전되고 인버터(U1-A)의 출력 전압이 하이(H, 약 6.6V)가 되는 순간 인버터(U1-A)의 출력 전압이 로우(L)가 되므로 직류모터는 다시 온(on) 되며 이러한 동작을 반복하게 되며, 직류모터에 흐르는 평균전류는 저항(R7), 커패시터(C2), 저항(R9)의 값에 따라 결정된다.
즉, 저항(R7) 양단의 전압이 0.6V가 되려면 6A의 전류가 흘러야 하므로 6A 이상의 전류가 되는 순간 직류모터의 전원을 차단하게 되고 저항(R9)과 커패시터(C2)의 시정수에 의한 일정시간 경과 후 다시 복귀하기를 반복함으로써 직류모터 전류의 최대값이 6A를 초과하지 않도록 구성된 회로이다.
한편, 직류모터가 기동되는 짧은 순간만 전류제한이 걸리다가 직류모터가 기동된 후에는 전류제한 설정값 이내의 전류가 되므로 정상적인 동작에서는 전류제한제어부 회로가 작동하지 않으며 직류모터에 과부하가 걸려 지속적으로 전류제한 설정값 이상의 전류가 흐를 경우에만 전류제한제어부 회로가 동작하게 된다.
본 발명의 동작원리를 살펴보면, H-브리지 모터 구동부(10)와 전류감지부(20) 및 전류제한제어부(30)는 상기 동작원리와 같으며, 추가로 구성되는 2단 전류제어부(40)와 타이머(50)의 동작원리는 다음과 같다.
먼저, 2단 전류제어부(40)의 동작원리를 살펴보면, 전류제한제어부(30)의 인버터(U1-A) 출력 생성과정까지의 동작은 동일하며, 정상 상태에서의 동작과정은 다음과 같다.
전류제한이 걸리지 않은 정상적인 동작 상황에서 인버터(U1-A) 출력은 로우(L) 이므로 2단 전류제어부(40)의 인버터(U1-B) 입력도 로우(L)가 되고 인버터(U1-B) 출력은 하이(H)가 된다.
상기 인버터(U1-B) 출력은 다이오드(D7)와 저항(R13)을 통해 커패시터(C4)를 충전하게 되고 이 전압은 인버터(U1-C)의 입력전압이 된다.
이때 저항(R13)이 1㏀이고, 커패시터(C4)가 1㎌이라고 할 때 커패시터(C4)의 충전 시정수(Time Constant)는 아래 식(1)과 같다.
TC = R13 × C13 = 1㏀ × 1㎌ = 1mS ---------------------------- 식(1)
따라서 인버터(U1-4)의 출력이 하이(H)가 되고 약 1mS가 경과 되면 인버터(U1-C)의 입력은 바로 하이(H)로 되고 인버터(U1-C)의 출력은 로우(L)로 되며, 이때 다이오드(D6)가 역방향으로 결선되어 있으므로 전류감지부(20)의 트랜지스터(Q9)에 아무런 영향을 주지 못하게 된다.
전류제한이 걸린 상태에서의 2단 전류제어부(40)의 동작원리는 다음과 같다.전류제한이 걸린 상태에서 인버터(U1-A)의 출력은 일정주기의 간헐적 하이(H) 상태이므로 다이오드(D5)와 저항(R10)을 통해 커패시터(C3)에 충전하게 되며, 이때 충전 시정수는 0.3mS(R10 × C3)이고 방전 시정수는 100mS(R11 × C3) 이므로 간헐적 주기가 10mS 보다 빠르게 반복된다면 인버터(U1-B)의 입력은 하이(H) 상태로 유지되며 인버터(U1-B)의 출력은 로우(L)가 되며, 만일 전류제한 상태의 끊김이 100mS 이상이 되면 인버터(U1-B)의 입력은 다시 로우(L) 상태로 된다.
상기 인버터(U1-B)의 출력은 로우(L)가 되었지만 인버터(U1-C)의 입력에서 볼 때 커패시터(C4)에 이미 충전되어 있던 12V의 전압으로 인해 계속 하이(H) 상태가 유지되다가 커패시터(C4)의 전압이 방전되어야만 로우(L)가 되므로 저항(R12)과 커패시터(C4)의 시정수에 의해 약 2초(R12 × C4) 경과하면 비로소 로우(L)가 되며, 이에 따라 인버터(U1-C)의 출력은 하이(H)로 된다.
상기 인버터(U1-C) 6의 출력전압 H(+12V)는 다이오드(D6)를 통해 트랜지스터(Q9)의 베이스로 공급되는데 직류모터의 전류가 0일 때 트랜지스터(Q9)의 베이스 전압은 아래 식(2)와 같이 0.43V가 된다.
VQ9-B = [(12V-VD6)/(R14+R8)]×R8 = [(12V-0.6V)/(10K+390)]×390 = 0.43V -
------------------------------------------------------- 식(2)
상기 트랜지스터(Q9)의 베이스로 전류가 흐르기 위해서는 트랜지스터(Q9)의 베이스 전압이 0.6V 이상이 되어야 하는데 인버터(U1-C)의 출력으로부터 생성되는 전압이 0.43V이므로 직류모터 전류에 의한 저항(R7) 양단의 전압은 0.17V만 필요하게 되므로 지금의 상태에서 직류모터의 제한전류는 1.7A가 된다.
즉, 직류모터에 6A 이상의 과부하가 걸리고 약 2초 정도 지속되면 직류모터의 소손을 방지하기 위해 전류제한을 1.7A로 전환하며 과부하 조건이 해제되면 다시 초기상태로 환원된다.
본 발명 타이머부(50)의 동작원리는 다음과 같다.
타이머부(50)의 타이머 IC(U2)는 과전류 상태가 장기간 지속될 때 직류모터의 제한전류가 1.7A로 낮아 작은 부하조건에서도 회전을 못하는 경우를 대비하여 일정시간 간격으로 2단 전류제어부(40)를 초기화시켜 줌으로써 제한전류를 다시 6A로 전환해주는 기능을 한다.
타이머 IC(U2)는 2단 전류제어부(40)의 인버터(U1-C)로부터 +12V 또는 0V의 입력을 받아 트랜지스터(Q10)의 콜렉터를 통해 오픈(open) 또는 +12V를 출력하게 된다.
정상 상태에서의 타이머부(50)의 동작원리는 다음과 같다.
정상 동작상태에서 인버터(U1-C)의 출력은 0V이고 다이오드(D8)를 통해서 받는 입력은 0.6V 정도로 유지되며, 이때 타이머 IC(U2)는 기능을 하지 않고 인버터(U2-3)의 출력은 하이(H)로 트랜지스터(Q10)는 오픈(open)상태가 되어 2단 전류제어부(40)에는 아무런 영향을 주지 않는다.
전류제한 상태에서의 타이머부(50)의 동작원리는 다음과 같다.
전류제한 중이라 할지라도 초기 2초 동안 인버터(U1-C)의 출력은 로우(L)이므로 타이머 IC(U2)는 정지상태이며, 약 2초 후 인버터(U1-C)의 전압이 +12V가 되는 순간 타이머 IC(U2)는 저항(R15)(R16)과 커패시터(C6)의 시정수에 의해 약 10초 후 타이머 IC(U2)의 출력이 로우(L)로 된다.
상기 타이머 IC(U2)의 출력이 로우(L)가 되면, 타이머 IC(U2)의 출력에 접속되어 있는 트랜지스터(Q10)가 온(on)되면서 +12V를 출력하여 2단 전류제어부(40)의 인버터(U1-C)의 입력으로 공급하게 되어 커패시터(C4)를 충전하게 되고 인버터(U1-C)의 출력은 로우(L) 상태가 된다.
상기 인버터(U1-C)의 출력이 로우(L)이면 제한전류는 다시 6A가 되며, 이때 직류모터의 전류가 6A 이내 이면 정상 작동 상태가 되며, 6A 이상이면 다시 2초 후 2단 전류제어 기능이 동작하게 되고, 그때부터 다시 타이머 IC(U2)가 반복 동작하게 된다.
본 발명은 포목교정기, 텐터기(Tenter Machine) 등에 원단을 공급함에 있어 원단의 위치가 좌.우로 치우치지 않고 정확히 가운데로 공급되도록 해주는 센터링 가이드(Centering Guide)나, 포목교정기에서 원단의 폭에 따라 Detector(위사감지기) 간의 Wide/Narrow를 조정하는 조정기 주변에 원단의 실이나 이물질 등이 끼이면서 과부하가 발생되더라도 2단 전류제어(정상 제한전류 및 낮은 제한전류) 기능에 의해 직류모터 및/또는 모터 구동회로의 소손을 방지할 수 있다.
본 발명은 과전류 상태가 지속되어 모터제한전류가 2단 전류제어 설정치인 1.7A로 동작하는 상태에서, 이물질 제거 등이 이루어져 과부하가 해소되었음에도 직류모터가 회전을 못하는 경우를 대비하여 타이머 IC(U2)에 의해 설정된 수초의 시간이 경과되면 다시 6A의 정상 제한전류로 전환되면서 직류모터가 정상적으로 기동할 수 있도록 하여준다.
본 발명은 2단 전류제어 설정치인 1.7A 상태에서 직류모터가 반대방향으로 회전하는 조건이 될 때는 모터의 회전방향이 바뀌는데 소요되는 100mS정도의 OFF시간으로 인하여 2단 전류제어부의 기능이 해제 되므로 타이머 설정시간(제한시간)과 무관하게 자동으로 정상 전류제한 설정치인 6A로 복귀된다.
이상과 같이 설명한 본 발명은 본 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
(10)--H-브리지 모터 구동부 (20)--전류감지부
(30)--전류제한제어부 (40)--2단 전류제어부
(50)--타이머부 (C)--커패시터
(D)--다이오드 (Q1)(Q2)(Q3)(Q4)--FET
(Q5)(Q6)(Q7)(Q8)(Q9)(Q10)--트랜지스터 (R)--저항
(U1)--인버터 IC (U2)--타이머 IC

Claims (5)

  1. 입력신호에 따라 직류모터를 제어하는 H-브리지 모터 구동부;
    상기 직류모터로 인가되는 전류를 검출하여 과부하 상태를 감지하는 전류감지부;
    상기 전류감지부에 의해 과부하로 판단되면 전류를 제한하는 전류제한제어부;
    상기 과부하가 지속되면 전류제한제어부의 전류를 낮은 전류로 제한하는 2단 전류제어부; 및
    2단 전류제어를 주기적으로 정상 상태로 복귀시키는 타이머부;
    를 포함하되,
    2단 전류제어부는,
    인버터(U1-B)(U1-C)와 복수의 저항(R12~R14)과 다이오드(D6)(D7)(D8)와 커패시터(C4);
    를 포함하는 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서;
    타이머부는,
    타이머 IC(U2)와 트랜지스터(Q10)와 복수의 저항(R15)(R16) 및 커패시터(C6)(C7);
    를 포함하는 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서;
    타이머부는, 과부하에 의한 2단 전류전류제어 상태에서 소정 시간 간격으로 2단 전류제어부를 초기화하도록 함을 특징으로 하는 2단 전류제한 및 타이머 리셋 기능을 가진 H-브리지 직류모터 구동회로.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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