KR102256252B1 - 모터 구동장치의 인터페이스 회로 - Google Patents

모터 구동장치의 인터페이스 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동장치의 인터페이스 회로에 관한 것으로, 모터의 구동 제어를 위한 파워 회로부와, 상기 파워 회로부를 제어하며 사용자 인터페이스를 제공하는 제어패널부를 포함하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로에 있어서, 상기 파워 회로부에 릴레이와 부가장치부를 제어하고, 부가장치부의 동작상태를 검출하는 제2MCU를 더 포함하며, 상기 제2MCU는 제어패널부의 제1MCU와 통신선로를 통해 통신할 수 있다.

Description

모터 구동장치의 인터페이스 회로{Interface circuit for motor drive device}
본 발명은 모터 구동장치의 인터페이스 회로에 관한 것으로, 더 상세하게는 구조를 단순화하고 비용을 절감할 수 있는 모터 구동장치의 인터페이스 회로에 관한 것이다.
일반적으로, 모터 구동장치는 모터에 구동 전력을 제공하는 파워 회로부(power circuit unit)과 파워 회로부의 동작 상태를 검출하여 표시하고, 사용자 인터페이스를 통해 입력된 제어명령에 부합하도록 파워 회로부를 제어하는 제어패널을 포함한다.
이처럼 고전력을 사용하면서 사용자가 직접 접촉되는 부분을 가지는 기기들은 사용자의 안전을 위하여 필수적으로 절연 대책이 마련되어야 한다.
특히 UL(Underwriters Laboratories) 규격에서는 인버터의 사용자 인터페이스와 파워 회로부에 대하여 절연등급을 규정하고 있으며, 이러한 규격에 부합하는 제품을 생산하고 있다.
도 1은 종래 모터 구동장치의 인터페이스 회로도이다.
도 1을 참조하면 종래 모터 구동장치의 인터페이스 회로는, 파워 회로부(200)와 제어패널부(100)의 사이에서 상기 파워 회로부(200)와 제어패널부(100) 사이에서 전달되는 모든 신호들에 대하여 디지털 절연을 수행하는 디지털 아이솔레이터(300)를 포함하여 구성된다.
상기 파워 회로부(200)는 모터(207)를 구동하기 위한 회로들, 예를 들어 전원부(201), 컨버터부(202), 돌입전류 억제부(203), 평활부(204), 회생제동부(205), 인버터부(206)를 포함한다.
또한, 인버터부(206)의 개별 게이트 소자들을 구동하기 위한 게이트 구동부(210), 각종 센서(220)를 포함하고 있으며, 릴레이(240)들과 부가장치부(230)들을 포함하고 있다.
상기 제어패널부(100)는 사용자가 직접 접촉하는 사용자 인터페이스부(110), 상기 사용자 인터페이스부(110)의 입력에 따라 상기 파워 회로부(200)를 제어하며, 파워 회로부(200)의 동작 상태를 검출하여 상기 사용자 인터페이스부(110)에 표시하는 MCU(120)를 포함하여 구성된다.
상기 파워 회로부(200)의 컨버터부(202), 돌입전류 억제부(203), 평활부(204), 회생제동부(205), 인버터부(206) 각각의 구성과 작용은 일반적으로 알려져 있는 것으로 구체적인 설명은 생략한다.
상기 파워 회로부(200)에는 모터(207) 구동을 위한 기본적인 회로구성으로 게이트 구동부(210)를 포함하여, 인버터부(206)에 마련된 다수의 게이트 소자들을 구동할 수 있다.
이외에 상기 MCU(120)의 제어에 의해 동작하는 부가장치부(230)들이 포함된다. 부가장치부(230)들의 예로는 다수의 냉각팬, 블로워를 포함하는 공기 순환장치, 온도 센서, 습도 센서 등의 환경감시장치들을 포함할 수 있다.
이처럼 파워 회로부(200)의 다양한 기능 블록들은 제어패널부(100)의 제어에 의해 동작하며, 제어패널부(100)에서 파워 회로부(200)의 동작상태를 파악하여 사용자 인터페이스부(110)를 통해 표시하기 위한 다양한 센서들의 신호를 절연하기 위해서 가격이 비싸고, 상대적으로 큰 설치면적이 요구되는 디지털 아이솔레이터(300)를 사용하고 있다.
도 2는 디지털 아이솔레이터(300)의 간략한 블록 구성도이다.
디지털 아이솔레이터(300)는 다수의 포토커플러를 포함하고 있으며, 특히 파워 회로부(200)와 MCU(120) 사이의 양방향 절연을 위해서는 일측에 각각 발광부(311,314)와 수광부(312,313) 쌍이 마련된 양방향 포토커플러(310)를 사용해야 하기 때문에 비용과 설치면적이 증가할 수밖에 없는 문제점이 있었다.
특히, 모터(207)의 구동 제어와 밀접한 관련이 없는 부가장치부(230)마다 디지털 아이솔레이터(300)의 단자를 제공해야 하기 때문에 원가의 증가 및 부피의 증가가 불가피한 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제조원가를 낮추며, 설치 공간의 여유도를 향상시킬 수 있는 모터 구동장치의 인터페이스 회로를 제공함에 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 모터의 구동 제어를 위한 파워 회로부와, 상기 파워 회로부를 제어하며 사용자 인터페이스를 제공하는 제어패널부를 포함하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로에 있어서, 상기 파워 회로부에 릴레이와 부가장치부를 제어하고, 부가장치부의 동작상태를 검출하는 제2MCU를 더 포함하며, 상기 제2MCU는 제어패널부의 제1MCU와 통신선로를 통해 통신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1MCU와 상기 파워 회로부에 마련되어 인버터부의 게이트 소자들을 제어하는 게이트 구동부 사이의 송수신신호를 절연하는 디지털 아이솔레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 디지털 아이솔레이터는, 상기 모터의 구동 상태를 검출하는 센서부의 신호를 절연하여 상기 제1MCU로 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2MCU는, 제1MCU의 제어신호에 따라 인버터부의 게이트소자들을 온오프 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 부가장치부는, 냉각팬, 블로우 또는 환경센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2MCU는, 상기 부가장치부들 각각에 대한 우선순위가 설정되어, 우선순위에 따라 상기 제1MCU와 통신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2MCU는, 상기 부가장치부의 검출결과에 변화가 있는 경우에만 상기 제1MCU와 통신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2MCU는, 상기 부가장치부의 검출결과에 따라 상기 릴레이를 차단할 수 있다.
본 발명은 제어패널부의 MCU와 통신하는 별도의 MCU를 파워 회로부에 두고, 상호 데이터 통신을 이용하여 제어를 수행함으로써, 디지털 아이솔레이터의 사용을 제한함으로써, 원가를 절감할 수 있으며, 설치 공간의 여유도를 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 모터 구동장치의 인터페이스 회로도이다.
도 2는 도 1에서 디지털 아이솔레이터의 블록 구성도이다.
도 3과 도 4는 각각 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 인터페이스 회로도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 인버터 보호장치를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 인터페이스 회로도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동장치의 인터페이스 회로는, 모터(27) 구동을 위한 파워 회로부(20)와, 상기 파워 회로부(20)를 제어하기 위한 제어패널부(10)를 포함하되, 상기 파워 회로부(20)에 상기 제어패널부(10)의 제1MCU(Micro Controller Unit,12))와 통신하여 릴레이(40)와 부가장치부(50)의 상태를 모니터링 및 제어하는 제2MCU(60)를 포함한다.
디지털 아이솔레이터(30)는 상기 제2MCU(60)를 통하지 않고, 파워 회로부(20)와 제어패널부(10) 사이에서 상호 전송되는 신호들을 절연한다.
상기 파워 회로부(20)는 모터(27)의 구동을 위한 회로들, 예를 들어 전원부(21), 컨버터부(22), 돌입전류 억제부(23), 평활부(24), 회생제동부(25), 인버터부(26)를 포함할 수 있다.
여기서 상기 열거된 모터(27) 구동을 위한 회로들은 하나의 예이며, 필요에 따라 회로 구성을 변경할 수 있다.
또한, 상기 파워 회로부(20)는 게이트 구동부(28)와 센서부(29)를 포함하고 있으며, 게이트 구동부(28)는 인버터부(26)에 마련된 게이트 소자들을 제어하며, 센서부(29)는 모터(27) 구동 전류를 검출하여 모터(27)의 동작상태를 제공한다.
상기 제어패널부(10)는 사용자가 모터(27)의 동작상태를 포함한 파워 회로부(20)의 동작상태를 인지할 수 있도록 표시하고, 사용자의 제어명령을 입력받을 수 있는 사용자 인터페이스부(11)와, 상기 디지털 아이솔레이터(30)를 통해 게이트 구동부(28)를 제어하고, 센서부(29)의 신호를 전달 받는 제1MCU(12)와, 제1MCU(12)와 파워 회로부(20)의 제2MCU(60) 사이의 데이터 전송을 위한 통신선로(13)를 포함할 수 있다.
이와 같은 구성에서, 사용자 인터페이스부(11)를 통해 운전지령이 있으면, 제1MCU(12)는 설정에 따라 각종 제어신호를 출력한다. 이때 릴레이(40)를 제어하는 제어신호 및 부가장치부(50)를 제어하는 제어신호는 상기 통신선로(13)를 통해 파워 회로부(20)의 제2MCU(60)로 송신된다.
상기 통신선로(13)는 제1MCU(12)와 제2MCU(60)의 통신방식에 따라 결정되는 것으로 하며, 직렬 또는 병렬의 통신선로를 사용할 수 있다.
제1MCU(12)의 제어신호를 수신한 제2MCU(60)는 릴레이(40)와 부가장치부(50)들을 제어하여 구동한다.
또한, 인버터부(26)의 제어를 위한 상기 제1MCU(12)의 제어신호는 상기 디지털 아이솔레이터(30)를 통해 게이트 구동부(28)로 제공되며, 게이트 구동부(28)는 인버터부(26)에 마련된 게이트 소자들의 제어상태를 제어하여 모터(27)를 구동하게 된다.
이때 모터(27)의 구동 제어는 회전 방향 및 속도일 수 있다.
이와 같은 모터(27)의 동작상태는 센서부(29)에 의해 검출된다. 센서부(29)에서 검출된 동작상태는 디지털 아이솔레이터(30)를 통해 제1MCU(12)에 수신되며, 제1MCU(12)는 모터(27)의 동작 상태를 사용자 인터페이스부(11)에 표시하여 사용자가 인지할 수 있도록 한다.
상기 디지털 아이솔레이터(30)는 포토커플러들을 포함하고 있으며, 게이트 구동부(28) 및 모터(27)의 동작을 검출하는 센서부(29)와 제1MCU(12)간의 송수신 신호인 한정된 신호들에 대해서만 절연을 수행하기 때문에 포토커플러들의 수를 줄일 수 있으며, 절연 레벨에 따라 가격차이가 큰 포토커플러들의 수량 감소에 의해 원가를 줄이고, 부피를 줄일 수 있다.
모터(27)의 동작 중에 부가장치부(50)의 상태는 제2MCU(60)에서 검출된다.
구체적으로 부가장치부(50)는 냉각팬이거나 블로워 등의 공기 순환장치일 수 있으며, 이때 냉각팬, 블로워의 회전속도는 제2MCU(60)에서 검출된다.
이때 검출된 정보는 상기 통신선로(13)를 통해 제1MCU(12)로 송신되고, 제1MCU(12)는 사용자 인터페이스부(11)에 냉각팬, 블로워의 회전속도를 표시할 수 있다.
본 발명은 제2MCU(60)를 더 포함하여 제1MCU(12)와 절연이 요구되지 않는 통신방식으로 제어 및 정보의 검출이 가능한 특징이 있는 것으로, 통신선로(13)를 통한 데이터 통신량이 증가할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 제2MCU(60)는 릴레이(40) 또는 부가장치부(50)의 상태에 변경이 있는 경우에만 통신선로(13)를 통해 제1MCU(12)로 정보를 전송하는 것으로 할 수 있다.
예를 들어 제2MCU(60)에서 부가장치부(50)인 냉각팬의 회전 속도가 급격하게 감소한 것을 검출한 경우, 부가장치부(50)인 냉각팬에 고장이 발생한 것으로 판단하고, 통신선로(13)를 통해 제1MCU(12)로 전송하여 사용자 인터페이스부(11)에 표시되도록 하여 조치를 취할 수 있도록 한다.
상기 인터페이스부(11)에는 알람기능이 포함되어 있으며, 이상이 발생한 것으로 판단되는 상태에서는 알람을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 다른 예측 가능한 효과는, 종래 제어패널부 MCU의 모든 송수신 데이터를 절연하는 것에 비하여, 제1MCU(12)와 제2MCU(60) 간의 통신에 의한 제어를 병행하는 방식을 사용하여 더 빠른 제어 응답속도를 기재할 수 있다는 것이다.
예를 들어, 온도센서인 부가장치부(50)에서 검출된 온도 정보는 제2MCU(60)에서 검출되며, 제2MCU(60)는 검출된 온도에 따라 즉시 냉각팬인 다른 부가장치부(50)를 제어함이 가능하게 된다.
이는, 특정 온도센서에서 검출된 온도가 급격하게 상승한 것을 검출한 제2MCU(60)가 제어패널부(10)의 제1MCU(12)로 온도의 증가 검출결과를 송신함과 아울러 냉각팬인 다른 부가장치부(50)의 회전속도를 온도에 부합하게 제어하여 과열에 대한 대응 제어를 더 빠르게 수행할 수 있다.
또한 제2MCU(60)는 통신 우선순위를 설정할 수 있다. 전체 시스템에서 차지하는 상기 부가장치부(50)들 마다의 중요도를 설정하고, 중요도가 높은 부가장치부(50)에서 검출된 정보를 다른 정보들에 비하여 먼저 제1MCU(12)로 제공할 수 있다.
이와 같은 우선순위 처리를 통해 발생할 수 있는 통신 정체에 따른 제어 처리 지연을 해소할 수 있다.
또한, 제2MCU(60)는 셧다운 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어 부가장치부(50)인 습도센서, 온도센서 등에서 검출된 정보가 전체 시스템에 심각한 피해를 줄 수 있는 것으로 판단되면, 릴레이(40)를 오픈시키는 제어를 즉각 수행할 수 있다. 따라서 긴급 상황에 보다 빠른 대처가 가능하며 시스템의 손상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 인터페이스 회로도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 모터 구동장치의 인터페이스 회로는, 제어패널부(10)와 파워 회로부(20) 사이의 모든 신호의 송수신을 제어패널부(10)의 제1MCU(12)와 파워 회로부(20)의 제2MCU(60) 간의 데이터 통신으로 대체할 수 있다.
따라서, 디지털 아이솔레이터(30)를 사용하지 않고도, 절연 상태를 이룰 수 있다.
이와 같은 구성에서, 상기 제2MCU(60)는 직접 게이트 구동부(28)를 제어하여 인버터부(26)의 게이트 소자를 제어할 수 있으며, 센서부(29)에서 검출한 모터(27)의 구동 상태를 수신하여 판단할 수 있다.
이때의 제2MCU(60)는 센서부(29)에서 검출된 모터(27)의 구동상태가 변경된 경우에만 그 정보를 제1MCU(12)로 제공할 수 있으며, 또한 모터(27)의 구동 제어를 변경하는 제1MCU(12)의 제어신호가 수신된 경우에만 게이트 구동부(28)를 제어하여 통신선로(13)를 통한 통신량의 증가를 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10:제어패널부 11:사용자 인터페이스부
12:제1MCU 13:통신선로
20:파워 회로부 30:디지털 아이솔레이터
40:릴레이 50:부가장치부
60:제2MCU

Claims (8)

  1. 모터의 구동 제어를 위한 인버터부와, 상기 인버터부의 게이트를 구동제어하는 게이트 구동부와, 릴레이 및 부가장치부와, 상기 릴레이 및 부가장치부를 제어하고 상기 부가장치부의 상태를 검출하는 제2MCU를 구비하는 파워 회로부;
    상기 파워 회로부와 분리되어 위치하며, 상기 게이트 구동부를 제어함과 아울러 상기 제2MCU와 직접 통신하여 검출된 상기 릴레이 및 부가장치부의 상태를 수신하는 제1MCU를 구비하는 제어패널부; 및
    상기 파워 회로부와 상기 제어패널부를 인터페이스하며, 상기 제1MCU와 상기 게이트 구동부 사이의 송수신신호를 절연하는 디지털 아이솔레이터를 포함하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 아이솔레이터는,
    상기 모터의 구동 상태를 검출하는 센서부의 신호를 절연하여 상기 제1MCU로 제공하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부가장치부는,
    냉각팬, 블로우 또는 환경센서를 포함하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2MCU는,
    상기 부가장치부들 각각에 대한 우선순위가 설정되어,
    우선순위에 따라 상기 제1MCU와 통신하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2MCU는,
    상기 부가장치부의 검출결과에 변화가 있는 경우에만 상기 제1MCU와 통신하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2MCU는,
    상기 부가장치부의 검출결과에 따라 상기 릴레이를 차단하는 모터 구동장치의 인터페이스 회로.
KR1020190020841A 2019-02-22 2019-02-22 모터 구동장치의 인터페이스 회로 KR102256252B1 (ko)

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