KR102390109B1 - 분할 상 동기식 모터 제어기 - Google Patents

Abstract

모터용 상 권선 회로는 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 및 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선을 포함한다. 하나 이상의 상 권선으로부터 전달되는 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 직류 전류(DC) 전력 서플라이는 모터 상 권선의 중간점에 위치한다. 제1 스테이지 전력 스위치 회로는 DC 전력 서플라이 외부에 있으며 회로의 각각의 절반부의 상 권선 사이의 중간점에서 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함한다. 제2 스테이지 전력 스위치 회로는 DC 전력 서플라이 외부에 위치하고, 모터 상 권선으로부터 AC 전력을 수신하기 위해 모터 상 권선의 중간점에서 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 다른 전력 스위치를 포함한다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소가 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on)이고 전도 상태일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴(collapse)되는 것을 막는다.

Description

분할 상 동기식 모터 제어기{DIVIDED PHASE SYNCHRONOUS MOTOR CONTROLLER}

분할 상 AC 동기식 모터 제어기

관련 출원

이 출원은 2014년 08월 08일에 출원된 미국 특허 출원 번호 62/034,909, 발명의 명칭 Divided Phase AC Synchronous Motor Controller기를 기초로 우선권을 주장하며, 이의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다. 이 출원은 2012년 11월 14일에 출원된 미국 특허 출원 61/726,550, 발명의 명칭 Divided Phase AC Synchronous Motor Controller를 기초로 우선권을 주장하는 2013년 11월 14일에 출원되는 미국 특허 출원 번호 14/080,785, 발명의 명칭 Divided Phase AC Synchronous Motor Controller와 관련되며, 이들의 전체 내용이 본 명세서에서 참조로서 포함된다.

환경 친화 법률의 확산 관점에서, 다양한 유형의 모터의 보강이 요구된다. 예를 들어, 기존에, 상업용과 가정용 냉장고 시장에서 사용되는 저 와트수, 가령, 4 내지 16와트의 냉장고 팬 모터가 저효율, 가령, 약 12%-26% 효율을 가졌다. 서로 다른 유형의 모터에서 요구되는 개선을 해결하기 위한 기술을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

분할 상 권선 회로가 모터 분할 상 권선, 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하는 전력 스위치 회로 및 분할된 모터 상 권선의 중간점에 위치하는 직류 전류(DC) 공급 회로, 및 적어도 하나의 전력 스위치가 온이고 전도 상태일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위한 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소를 포함한다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소는, 예를 들어, DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결되는 모터 분할 상 권선으로부터의 탭, 전력 서플라이에 전력을 공급하기 위한 DC 전력 서플라이에 연결된 2차 상 코일 권선, 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 간 하나 이상의 저항기, 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 간 하나 이상의 제너 다이오드, 및/또는 전력 스위치 회로의 적어도 하나의 전력 스위치가 온이고 전도 상태일 때 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위해 모터 분할 상 권선과 전력 스위치 회로 간 전압 강하를 생성하기 위한 전기 구성요소를 포함할 수 있다.

하나의 예를 들면, 모터용 상 권선 회로는 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 및 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선을 포함한다. 하나 이상의 상 권선으로부터 전달되는 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력으로 변환하도록 직류 전류(DC) 전력 서플라이는 모터 상 권선의 중간점에 위치한다. 제1 스테이지 전력 스위치 회로는 DC 전력 서플라이 외부에 있으며 회로의 각각의 절반부의 상 권선 사이의 중간점에서 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함한다. 제2 스테이지 전력 스위치 회로는 DC 전력 서플라이 외부에 위치하고, 모터 상 권선으로부터 AC 전력을 수신하기 위해 모터 상 권선의 중간점에서 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 다른 전력 스위치를 포함한다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소가 적어도 하나의 전력 스위치 또는 적어도 하나의 다른 전력 스위치가 온(on)이고 전도 상태일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴(collapse)되는 것을 막는다.

또 다른 예를 들면, 모터용 회로가 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 및 상기 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선을 포함한다. 모터 상 권선의 중간점에 위치하는 직류 전류(DC) 전력 서플라이가 하나 이상의 모터 상 권선으로부터 전달되는 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력으로 변환한다. 제1 스테이지 전력 스위치 회로가 DC 전력 서플라이 외부에 위치하고 상기 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 사이에 그리고 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선 사이에 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함한다. 제2 스테이지 전력 스위치 회로가 DC 전력 서플라이 외부에 위치하고, 모터 상 권선으로부터 AC 전력을 수신하기 위해 모터 상 권선의 중간점에서 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 다른 전력 스위치를 포함한다. 모터 제어기가 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 제어한다. 상기 모터 제어기는 (i) 모터 상 권선의 중간점에, 및 (ii) 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 사이에 그리고 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선 사이에, 중 적어도 하나의 위치에서 전기적으로 연결된다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소 가 적어도 하나의 전력 스위치 또는 적어도 하나의 다른 전력 스위치가 온(on) 이고 전도 상태인 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위해 DC 전력 서플라이에 연결된다.

또 다른 예를 들면, 모터가 복수의 모터 상(즉, 모터 상 권선) 및 상을 통한 서플라이 라인 전압을 가진다. 상기 모터 상은 4개의 부분(4분의1 부분)으로 분할되고, 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하고 2개의 다른 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성한다. 모터에 대한 모터 제어기 및 모터에 대한 전력 전기 소자가 분할된 상의 2개의 절반부 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 및/또는 회로의 각각의 절반부 상의 2개의 분할된 모터 상 사이의 중간점 또는 중앙(가령, "4분의 1점")에 위치한다. 직류 전류(DC) 전력 서플라이(가령, 모터 제어기에서 사용되는 전자소자를 위한 것)가 또한 분할된 상 사이에, 분할된 상의 2개의 절반부 사이에, 및/또는 회로의 각각의 절반부 상의 2개의 분할된 모터 상 사이의 중간점 또는 중앙에 위치한다. 모터 상은 라인 전압 서플라이 라인으로부터 저전압 DC로의 전류 제한 및 전압 강하를 DC 전력 서플라이로 제공함으로써, DC 전력 서플라이 구성요소 카운트를 감소시키고 DC 전력 서플라이 및 모터 제어기에 대한 저전압 구성요소의 사용을 가능하게 한다.

또 다른 예를 들면, 모터 상이 4개의 부분(4분의1 부분)으로 분할되고, 이때 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하고 나머지 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성한다. 모터에 대한 모터 제어기가 2개의 스테이지를 가지며, 모터 제어기의 제1 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치하고, 모터 제어기의 제2 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. 모터에 대한 저력 전기 소자가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 전력 전기소자의 제1 스테이지가 모터 상 권선의 각각의 절반부 상의 2개의 분할된 모터 상 권선의 중간점 또는 중앙(가령, "4분의1점")에 위치하고, 전력 전기소자의 제2 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. (가령, 모터 제어기에서 사용되는 전자소자용) 직류 전류(DC) 전력 서플라이가 분할된 모터 상 권선 사이에, 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이에, 및/또는 모터 상 권선의 각각의 절반부 상의 2개의 분할된 모터 상 권선 사이의 중간점 또는 중앙에 위치한다.

도 1은 모터 상 권선의 중간점에 위치하는 제어 회로에 의해 분할된 모터 상 권선을 도시한다.
도 2는 단상 전자 정류 모터(ECM)를 도시한다.
도 3은 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 4는 분할 상 권선 코일에서 직류 전류(DC) 전력 서플라이로의 탭을 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 5는 분할 상 권선과 전력 스위치(들) 간 저항기를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 6은 2차 코일을 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 7은 시동 중에 상 전류 방향의 제어 및 분할 상 권선 회로에서 동기 속도 이하에서의 연속 동작을 도시한다.
도 8은 4극 분할 상 권선 회로에서 1800 RPM의 동기 속도로 상 전류 방향의 제어를 도시한다.
도 9는 2극 분할 상 권선 회로에서 3600 RPM의 동기 속도로 상 전류 방향의 제어를 도시한다.
도 10은 DC 서플라이 저장 커패시터 충전 주기를 도시한다.
도 11은 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 12은 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 13은 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 14는 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 15는 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 16은 직렬 연결된 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 17은 분할 상 권선 코일에서 직류 전류(DC) 전력 서플라이로의 탭 및 직렬 연결된 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 18은 병렬 연결된 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 19는 분할 상 권선 코일에서 직류 전류(DC) 전력 서플라이로의 탭 및 병렬 연결된 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.
도 20은 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 형성하기 위해 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 갖는 분할 상 권선 회로가 구비된 모터를 도시한다.
도 21은 하나의 극에만 권취된 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 형성하기 위해 1차 AC 상 권선 및 2차 권선을 갖는 분할 상 권선 회로가 구비된 모터를 도시한다.
도 22는 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 탭 구비된 1차 상 권선을 갖는 분할 상 권선 회로가 구비된 모터를 도시한다.
도 23은 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 저항기를 갖는 분할 상 권선 회로를 구비하는 모터를 도시한다.
도 24는 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 제너 다이오드를 갖는 분할 상 권선 회로를 구비하는 모터를 도시한다.
도 25-34는 전력 전기소자를 위한 4개의 코일 및 2개의 스테이지를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

동기식 영구 자석 모터를 제어하기 위해 종래 기술보다 이점을 제공하는 새롭고 유용한 회로가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시예가 전자 정류 모터(ECM: electronically commutated motor)에 대한 하나 이상의 회로를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예가 분극 모터(shaded pole motor)에 대한 하나 이상의 회로를 포함한다. 본 발명의 도 다른 실시예가 그 밖의 다른 유형의 모터에 대한 하나 이상의 회로를 포함한다.

하나의 양태에서, 모터는 복수의 모터 상(즉, 모터 상 권선) 및 상들을 통한 공급 라인 전압을 가진다. 모터 상은 절반으로 분할되고 둘 모두 모터에 대한 모터 제어기 및 모터에 대한 전력 전기소자장치 모두 분할된 상들 사이에서 공급 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. (가령, 모터 제어기에서 사용되는 일렉트로닉스에 대해) 직류 전류(DC) 전력 공급기가 또한 분할된 상들 사이에 위치한다. 모터 상은 라인 전압 공급 라인에서 저전압 DC까지의 전류 제한 및 전압 강하를 DC 전력 서플라이로 제공함으로써, DC 전력 공급 성분 카운트를 감소시키고 DC 전력 서플라이 및 모터 제어기에 대한 저전압 성분의 사용을 가능하게 한다.

종래 기술 시스템은 전력 스위치 및 모터 상과 직렬 연결된 제너 다이오드(Zener diode) 또는 그 밖의 다른 전압 레귤레이터를 이용했으며, 이는 모터의 최대 전력을 제너 다이오드의 최대 와트 수 값으로 제한했다. 본 발명의 회로가 모터 상에 대한 주 전류 경로로부터 제너 다이오드 전압 레귤레이터를 생략시켜, 제너 다이오드 전압 레귤레이터가 전력 스위치 및 모터 상과 직렬 연결되지 않아, 다른 경우라면 제너 다이오드에 대해 요구되는 와트 수 규격을 낮출 필요가 없어진다. 대신, 제어 다이오드 또는 그 밖의 다른 전압 레귤레이터가 본 발명의 일부 실시예에서 전력 스위치와 병렬로 위치한다.

또 다른 양태에서, 모터가 모터 상(즉, 모터 상 권선) 및 모터 상을 통한 서플라이 라인 전압을 가진다. 모터 상은 4개의 부분(4분의 1)으로 나뉘고, 이때, 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 2분의 1을 형성하고 나머지 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반을 형성한다. 모터에 대한 모터 제어기 및 모터에 대한 전력 전기소자가 분할된 상의 2개의 절반부 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 및/또는 회로의 각각의 절반 상의 분할된 모터 상들 중 두 개 사이에 중간점 또는 중앙에 위치한다. 직류 전류(DC) 전력 서플라이(가령, 모터 제어기에서 사용되는 전력 전기소자용)가 또한 분할된 상 사이에, 분할된 상의 2개의 절반부 사이에, 및/또는 회로의 각각의 절반부 상의 분할된 모터 상들 중 2개 사이의 중앙점 또는 중심에 위치한다. 모터 상은 라인 전압 서플라이 라인으로부터의 저전압 DC까지의 전류 제한 및 전압 강하를 DC 전력 서플라이로 제공함으로써, DC 전력 서플라이 구성요소 카운트를 감소시키고 DC 전력 서플라이 및 모터 제어기에 대한 저전압 구성요소의 사용을 가능하게 한다.

하나의 예를 들면, 모터 상이 4개의 부분(4분의 1)으로 나뉘며, 이때 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 2분의 1을 형성하고 나머지 2개의 모터 상 권선이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반을 형성한다. 모터를 위한 모터 제어기가 2개의 스테이지를 가지며, 이때 모터 제어기의 제1 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반 사이에 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치하고, 모터 제어기의 제2 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. 모터를 위한 전력 전기소자소자가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 전력 전기소자의 제1 스테이지가 모터 상 권선의 각각의 절반 상의 분할된 모터 상 권선들 중 2개 사이의 중간점 또는 중앙(즉, "4분의1점")에 위치하고, 전력 전기소자의 제2 스테이지가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. 모터에 대한 전력 전기소자가 2개의 스테이지를 가지며, 전력 전기소자의 제1 스테이지가 모터 상 권선의 각각의 절반 상의 분할된 모터 상 권선들 중 2개의 중간점 또는 중앙(즉, "4분의1점"에 위치하고 전력 전기소자의 제2 스테이지는 또한 분할된 모터 상 권서의 2개의 절반들 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다. 직류(DC) 전력 서플라이(가령, 모터 제어기에서 사용되는 전자소자용)가 또한 분할된 모터 상 권선들 사이에, 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반 사이에, 및/또는 모터 상 권선의 각각의 절반 상의 분할된 모터 상 권선 중 2개 사이의 중간점 또는 중앙에 위치한다.

예를 들어, DC 전력 서플라이가 "4분의1점"에서 제1 스테이지 모터 제어기에 전력을 공급할 때 DC 전력 서플라이가 제1 스테이지와 함께 위치한다. 그러나 제1 스테이지(스테이지 1) 전력 전기소자가 여기되고 제2 스테이지(스테이지 2) 전력 전기소자가 여기되지 않을 때, DC 전력 서플라이가 활성 코일(활성 모터 상 권선)의 중간에 있고 그 밖의 다른 2개의 모터 상 권선(코일)이 이 시점에서 활성이 아니기 때문에 DC 전력 서플라이는 모터 상 권선의 "중간점"에 있는 것으로 여겨질 수 있다. 2개의 활성 코일은 전류 제한적이다. 제1 스테이지가 여기되는 동안 제2 스테이지가 여기될 때, 제1 스테이지 코일이 제2 스테이지의 코일과 평행이다.

본 발명의 회로에 의해, 옵토-아이솔레이터(opto-isolator)가 모터 제어기 및 모터 제어기의 전력 스위치의 감지/제어 전자 간 스위칭을 가능하게 할 필요가 없다. 종래의 시스템은 2개의 중성 기준 값을 갖는데, 하나는 감지/제어 전자용이고 하나의 전력 스위치용이다.

본 발명의 회로는 라인 상 각 검출을 개선해서, 옵토-아이솔레이터의 입력으로 연결된 정밀도 저항 브리지에 대한 필요성을 없앤다. 따라서 이 형태의 회로는 더 정확한 라인 상 각 검출을 가진다.

본 발명의 회로는 전력 스위치 및 모터 제어기에 대한 서로 다른 전기적 중성 값을 하나의 값으로 감소시킨다. 이는 이러한 형태와 관련된 회로의 전력 스위치는 완전한 "오프"에서 완전 포화로 신뢰할 만하게 전이할 것이다.

2개의 스위치를 포함한 종래의 시스템은 AC 사이클의 절반에 대해 완벽하게 스위치 오프하는 서로 다른 시점을 가진다. 본 발명의 회로는 DC 전력 서플라이 및 모터 제어기 회로 밖에서 하나 이상의 스위치를 개시하여, 적절한 스위칭을 야기한다.

이들 개선 각각은 모터 제어기의 동작의 신뢰 가능성을 증가시킬 뿐 아니라 조합된 모터/모터 제어기 효율을 개선하기도 한다.

본 발명의 분할 상 권선 회로가 다양한 모터, 가령, DC 브러시리스 모터/전자 정류 모터(ECM), 분극 모터, 그 밖의 다른 동기식 모터, 영구-스플릿 커패시터(permanent-split capacitor)(PSC) 모터 등에서 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 1은 분할된 모터 상 권선의 중간점(110)에 위치하는 분할된 모터 상 권선(104, 106) 및 모터 제어 회로(108)를 갖는 모터(102)를 도시한다. 상기 모터(102)는 샤프트(116) 상에 장착되는 스테이터(112) 및 로터(114)를 포함한다. 상기 로터(114)는 코어 구조, 가령, 적층 코어 구조 또는 그 밖의 다른 코어 구조에서 회전을 위해 장착된다. 상기 로터(114)는 원통형으로 나타난 본체 부분을 가진다. 본체의 둘레에 정확히 성형된 영구 자석 부분이 위치한다. 자석 부분의 자북극은 로터의 외부 표면에 인접하며, 자남극은 로터(114)의 외부 둘레에 인접하게 위치한다. 하나 이상의 권선 또는 권선 쌍이 코어 구조의 연결 부분 상에 장착된다. 모터(102)는 또한 홀 효과 스위칭 장치를 포함하며, 이의 부분이 각자의 로터 자석 부분의 자극에 반응하도록 로터(114)의 둘레에 인접하게 뻗어 있다. 도시된 구성에서, 홀 효과 스위치가 로터(114)의 각각의 회전의 절반 동안 자석 부분의 외부 둘레에 인접하게 위치하며, 로터의 각각의 회전의 나머지 절반 동안 자석 부분의 외부 둘레에 인접하게 위치한다.

모터(102)는 동기 속도(synchronous speed) 미만, 또는 동기 속도로, 또는 동기 속도 이상으로 동작할 수 있다. 이는 절반 사이클의 부분이 상 권선을 통해 흐를 수 있다는 사실로 인한다.

도 1의 분할 상 권선 회로가 동작 동안 교류 전류(AC) 에너지, 가령, AC 라인 전압의 소스에 연결되는 도선(lead) L1 및 L2 상의 입력 연결을 포함한다. 도선 L1 및 L2가 제어 회로(108) 양단의 직렬 연결된 분할 상 권선(104, 106)을 포함하는 직렬 회로 양단에 연결된다. 예를 들어, 제어 회로(108)는 분할 상 권선(104, 106)에 직렬로 연결된 전파 다이오드 정류기 브리지 회로 및 전파 다이오드 정류기 브리지 회로의 출력으로 연결되는 하나 이상의 스위치 또는 그 밖의 다른 전력 제어 가능한 스위칭 장치를 갖는 전력 스위치(들) 회로를 포함할 수 있다.

분할 상 권선(104, 106)이 바이파일러(bifilar) 또는 랩 권취형(lap wound)일 수 있다. 교류 전류 전원의 도선 L1이 제1 권선(104)의 시작 측 S1에 연결된다. 권선(104)의 F1으로 라벨링된 다른 부분이 제어 회로(108)의 입력들 중 하나로 연결된다. 제어 회로(108)의 다른 입력 측부가 제2 분할 상 권선(106)의 시작 측 S2에 부착되며, 동일한 분할 상 권선의 완료 측(F2)은 AC 전원의 입력 도선 L2에 부착된다.

또 다른 예를 들면, 도 2는 모터 상 권선이 분할되는 단일 상 ECM(202)을 도시하며, 모터 제어기(모터 제어 회로)가 분할된 모터 상 권선의 중간점에 위치한다.

도 3은 모터의 모터 상 권선(304, 306)(본 명세서에서 또한 모터 상 또는 상 코일이라고도 지칭됨)을 절반으로 분할하고 모터를 위한 모터 제어기(308)와 모터를 위한 전력 전기소자, 가령, DC 전력 서플라이(310) 및 하나 이상의 전력 스위치를 갖는 전력 스위치(들) 회로(312) 모두를 분할된 상(304, 306) 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(314)에 배치하기 위한 분할 상 권선 회로(302)를 개시한다. 도 3의 예시에서, 모터 상 권선이 절반으로 나뉜다. 절반 분할의 일부 변형, 가령, 0 내지 중간점의 플러스/마이너스 20%이 허용된다.

도 3의 분할 상 권선 회로(302)는, 각각 AC 라인 전압(L1 및 L2)에 연결되는 2개의 분할된 상 권선(304, 306)을 포함한다. DC 전력 서플라이(310)는 분할된 권선(304, 306), 가령, 제1 상 권선(304)의 완료 측 및 제2 상 권선(306)의 시작 측 상에서, 전기적으로 연결된다. 분할 상 권선(304, 306)은 AC 라인 전압을 DC 전력 서플라이(310)와 호환되는 전압으로 낮추도록 동작한다. 따라서 분할 상 권선(304, 306)의 권선의 개수가 L1 및 L2에서 수신된 AC 라인 전압을 DC 전력 서플라이(310)에 의해 수신될 선택된 더 낮은 전압으로 감소시키도록 선택될 수 있다. 분할 상 권선(304, 306)은 또한 L1 및 L2에서 수신되는 AC 라인 전압으로부터의 노이즈를 필터링하도록 동작한다.

DC 전력 서플라이(310)는 분할 상 권선(304, 306)으로부터 수신된 저전압 AC 전력을 분할 상 권선 회로의 DC 전력 공급 구성요소, 가령, 모터 제어기(308)에 전력을 공급하도록 구성된 DC 전압으로 변환한다. 상기 DC 전력 서플라이(310)는 모터 제어기(308)로 전력을 공급한다.

모터 제어기(308)는 분할 상 권선 회로(302)의 시동(start-up) 및 동작을 제어한다. 예를 들어, 모터 제어기(308)는, 가령, 모터가 동기식 모터인 경우 시동을 제어한다. 모터 제어기(308)는 스테이터에 대한 로터의 위치를 결정한다. 모터 제어기(308)는 또한 로터의 속도를, 가령, 분당 회전수(RPM)으로 결정 및 모니터링하여, 가령, 모터가 동기 속도에 이를 때 모터의 동작 파라미터를 결정하고, 로터의 위치 및/또는 모터의 속도를 기초로 모터를 제어할 수 있다. 하나의 예를 들면, 모터 제어기(308)는 홀 효과 스위치 및/또는 로터의 위치 및/또는 회전 수 카운팅 결정하기 위한 그 밖의 다른 회전 결정 장치 또는 로터의 속도를 결정하기 위한 속도 결정 장치를 가진다.

전력 스위치(들) 회로(312)는 하나 이상의 전력 스위치, 가령, 하나 이상의 금속-옥사이드-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 실리콘-제어되는 정류기(SCR), 트랜지스터, 또는 그 밖의 다른 스위치 또는 스위칭 장치를 포함한다. 하나 이상의 스위치는 온 또는 오프 상태이며 하나가 오프 상태인 동안 다른 하나가 온 상태이다. 예를 들어, AC 사이클의 2분의 1 사이클에서, 제1 전력 스위치가 온(on)이고 전도 상태인 동안 제2 스위티가 오프(off)이고 전도 상태가 아니다. AC 사이클의 다른 절반 사이클에서, 제2 전력 스위치가 온이고 전도 상태인 동안, 제1 스위치가 오프이고 전도 상태가 아니다. 하나의 스위치를 갖는 회로에서, 스위치는 AC 사이클의 하나 이상의 부분 동안 온이며 전도 상태이거나, 오프이며 전도 상태가 아닐 수 있다.

전력 스위치(들) 회로(312)가 DC 전력 서플라이(310)(의 외부)로부터 절연됨으로써, 분할 상 권선 회로(302)가 DC 전력 서플라이 내(절연되지 않는) 전력 스위치(들) 회로를 갖는 회로보다 더 안정적이다.

회로의 전력 스위치(들)이 켜질 때, 전력 스위치(들)의 작은 저항 때문에, 전력 스위치(들)를 통한 약간의 전압 강하만 존재한다. 따라서 DC 전력 서플라이에 대한 입력 전압이 DC 전력 서플라이 도선을 전력 스위치(또는 전력 스위치들)의 양 측부로 연결함으로써 형성되는 경우, 이는 전력 스위치가 '온' 상태 또는 전력을 수신하고 회로의 DC 구성요소에 전력을 공급할 수 없을 때 DC 전력 서플라이 붕괴(즉, DC 전력 서플라이로부터의 DC 전압이 스위치 '온' 저항과 전력 스위치를 통과하는 전류의 곱 이하의 전압 레벨(0에 가까운 값)로 감소되는 것)를 야기한다.

예를 들어, 전력 스위치가 DC 전력 서플라이 양단에 또는 브리지 정류기의 DC측 양단에 직접 연결되는 경우 그리고 전력 스위치가 전도 상태 또는 '온' 상태일 때 전압 강하를 만들기 위해 전력 스위치와 하나 이상의 구성요소가 직렬로 연결되지 않는 경우, 전도 전력 스위치가 '단락', 즉, DC 전력 서플라이에 대한 브리지 정류기의 양 단자와 음 단자를 함께 연결하며, 이로써, DC 전압을 붕괴한다(이로써, DC 전압이 전력 스위치의 '온' 저항과 전력 스위치를 통과하는 전류의 곱 이하(이는 0에 가까움)로 감소될 수 있음). 전력 스위치의 '온' 저항이 극히 낮거나 일반적으로 밀리옴(milliohm) 수준이기 때문에, DC 전압이 0에 매우 가깝다.

분할 상 권선 회로(302)가 하나 이상의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소(316, 318)(DC 전력 서플라이로부터의 DC 전압이 스위치 '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통과하는 전류의 곱(이는 0에 가까움) 이하로 낮아지는 것을 막기 위한 구성요소), 가령, 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 만들기 위한 전압 강하 구성요소 또는 직접 DC 전력 서플라이 전압 공급 구성요소를 포함한다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소(316, 318)의 예시가 DC 전력 서플라이(310)에 연결된 1차 상 권선(304, 306), 전력 서플라이에 전력을 공급하기 위해 DC 전력 서플라이로 연결되는 2차 상 코일 권선, 분할된 상 권선과 전력 스위치(들) 회로(312) 사이에 저항기, 분할된 상 권선과 전력 스위치(들) 회로 사이의 하나 이상의 제어 다이오드, 분할된 상 권선과 전력 스위치(들) 회로(312) 간 비-포화 반도체 또는 그 밖의 다른 저항성 구성요소로부터의 탭(tap)을 포함하며, 이때, 상당한 전압 강하를 만들기에 저항이 충분히 높고 이 전압 강하에 의해 스위치가 '온'일 때 DC 전력 서플라이 또는 그 밖의 다른 구성요소가 1차 분할 상 권선과 전력 스위치(들) 회로 간 전압 강하를 만들어져서, 전력 스위치(들) 회로 내 전력 스위치(들)가 온이고 전도 상태일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막을 수 있다. 따라서 분할 상 권선 회로(302)는 전력 스위치(들) 회로가 온이고 전도 상태인지 또는 오프이고 전도 상태가 아닌지와 무관하게 일정한 전력 흐름을 제공한다.

많은 전자 제어되는 동기식 모터가 상 권선에 인가되는 AC 전압의 0 전위를 검출하는 회로를 가진다. 이 영 전위 검출 회로는 모터 제어기(308)로 신호를 전송하여, 모터가 동기 속도일 때를 결정할 수 있다. AC 서플라이 전압이 일반적으로 동일한 회로 상에서 동작하는 그 밖의 다른 장비 때문에 발생하는 전기적 노이즈를 갖는 경우, 이 전기적 노이즈는 0 전위 검출기가 모터의 제어에 잘못 영향을 미치도록 동작할 수 있으며, 이는 보통 모터에서 음향 노이즈로서 나타난다.

하나의 예시에서, 분할 상 권선 회로(302)는 동기식 모터의 일부이다. 상기 동기식 모터는 L1과 L2에서 라인 전력(즉, 전류와 전압을 갖는 AC 전력)을 수신한다. 본 발명의 연관된 회로를 이용하여 분할 상 권선을 이용하는 동기식 모터는 모터를 제어하는 데 인가된 AC 전압의 0 전위를 검출하는 것을 이용하지 않고, 전압의 극성을 검출한다, 즉, 극성 L2가 L1보다 높거나 낮은지를 검출하여, AC 서플라이에 전기 노이즈가 존재할 때라도 조용한 동작을 가능하게 한다.

도 3의 DC 파워 서플라이(310)가 분할된 상 권선(304, 306)으로 직접 전기적으로 연결된다. 따라서 전력 스위치(들) 회로(312)의 상태와 무관하게 DC 전력 서플라이(310)에 분할된 상 권선(304, 306)에 의해 전력이 공급된다.

도 4는 모터의 모터 상 권선(404, 406)을 절반으로 분할하고, 모터를 위한 모터 제어기(408) 및 모터를 위한 전력 전기소자, 가령, DC 전력 서플라이(410) 및 하나 이상의 전력 스위치를 갖는 전력 스위치(들) 회로(412) 모두를 분할된 상 사이에 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(414)에 배치하기 위한 또 다른 분할 상 권선 회로(402)를 개시한다. 도 4의 분할 상 권선 회로(402)는 DC 파워 서플라이(410)에 전기적으로 연결되어 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 전력 스위치(들) 회로 '온' 저항과 전력 스위치(들) 회로를 통과하는 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 감소되지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성하는 1차 분할 상 권선(404, 406)으로부터의 탭(416, 418)을 포함한다.

일부 회로에서, 모터가 동기 속도에 도달할 때, 하나 이상의 전력 스위치(들)이 꺼지고(off) 따라서 저전압 전력이 모터 제어기로 흐르는 것을 중단할 수 있다. 하나의 예를 들면, 전력 스위치(들)를 통한 하나의 분할 상 권선으로부터 또 다른 분할 상 권선으로의 경로가, 가령, 동기 속도로 단락된다. 이로 인해, 가령, 어떠한 커패시터도 단락 동안 전하를 보유하지 않거나 단락 동안 충분한 전하를 보유하기에 충분히 큰 커패시터도 존재하지 않는 경우, DC 전력 서플라이 및 모터 제어기가 상 권선으로부터 더는 저 전력 서플라이 전압을 수신하지 않는다. 도 4의 회로(402)는 상 권선(404, 406)의 코일에서 DC 전력 서플라이(410)로의 탭(416, 418)을 포함하여, 저전압 전력 서플라이가, 모터 제어기(408)("분할된 모터 상 제어기")를 위한 전력 스위치(들)를 우회하여, 상 권선에서 DC 전력 서플라이로 직접 흐르게 된다. 따라서 도 4의 회로(402)는 저전압 전력 서플라이가 DC 전력 서플라이(410)로, 가령, 동기 속도로 공급됨을 보장한다.

하나의 예를 들면, 분할 모터 상 제어기에 대한 DC 전력 서플라이(410)가 제너 다이오드 및 전력 스위치(들)이 꺼질 때(off) 교대하는 전류(AC) 사이클의 일부분 동안 전력을 수신하는 저장 커패시터에 의해 형성된다. 모터가 동기 속도로 동작 중일 때, 전력 스위치(들)가 연속적으로 전도된다. 따라서 DC 전력 서플라이로 공급되는 전압의 크기는 스위치 양단의 전압 강하와 동일하고, 이는 낮은 온 전항(on resistance)(RDS(온))이 MOSFET에 전력을 공급할 때 저전압을 야기할 수 있다.

도 5는 모터의 모터 상 권선(504, 506)을 절반으로 분할하고 모터를 위한 모터 제어기(508) 및 모터를 위한 전력 전기소자, 가령, DC 전력 서플라이(510) 및 하나 이상의 전력 스위치를 갖는 전력 스위치(들) 회로(512) 모두를, 분할된 상 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(514)에 배치하기 위한 또 다른 분할 상 권선 회로(502)를 개시한다. 도 5의 회로(502)는 모터 상 권선(504, 506)과 전력 스위치(들) 회로(512) 간 저항기(R1 및 R2)를 포함하여, 상 권선에서 DC 전력 서플라이(510)로 공급되는 저전압 전력 서플라이를 유지할 수 있고, 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 전력 스위치(들) 회로 '온' 저항과 전력 스위치(들) 회로를 통과하는 전류의 곱(0에 가까움)까지로 낮아지지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성할 수 있다. 따라서 도 5의 회로는 예를 들어 동기 속도로, DC 전력 서플라이(510)로의 저전압 전력 서플라이를 유지한다.

도 6은 모터의 모터 상 권선(604, 606)을 절반으로 분할하고 모터를 위한 모터 제어기(608)와 모터를 위한 전력 전기소자, 가령, DC 전력 서플라이(610) 및 하나 이상의 전력 스위치를 갖는 전력 스위치(들) 회로(612) 모두를 분할된 상 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(614)에 배치하기 위한 또 다른 분할 상 권선 회로(602)를 개시한다. 1차 분할 상 권선(604, 606)이 DC 전력 서플라이(610)로 흐를 수 있는 전류를 제한함으로써, 전력을 낭비하는 전류 제한 구성요소에 대한 필요성을 없앨 수 있다. 도 6의 분할 상 권선 회로(602)는 DC 전력 서플라이(610)에 전기적으로 연결된 2차 상 권선(616, 618)을 포함하여, 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 전력 스위치(들) '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통한 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 감소되지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성할 수 있다.

하나의 예를 들면, 전력 스위치(들) 회로(612)는 제너 다이오드 또는 그 밖의 다른 레귤레이터 및 전력 스위치를 병렬로 포함한다. 반면에, 종래 기술 시스템은 그 밖의 다른 구성요소와 직렬 연결된 전력 회로를 포함했다. 전력 스위치가 제너 다이오드와 직렬이 아니라 병렬로 연결되기 때문에, 항상 온(on)일 수 있다. 그러나 전력 스위치가 오프(off)인 경우, 전류는 여전히 제너 다이오드를 통해 흐를 수 있다.

도 6의 회로가 모터가 시동될 때 저전압 전력 서플라이를 DC 전력 서플라이(610)로 제공하는 하나 이상의 2차 코일(2차 권선이라고도 지칭됨)(616, 618)을 포함한다. 하나 인상의 2차 코일(616, 618)이 또한 고 주파수 노이즈 필터로 동작하여, DC 전력 서플라이(610)로 공급되는 저전력 전압에서 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다.

2차 권선(616, 618)이 임의의 곳에 배치될 수 있는데, 가령, 제1 및 제2 분할 상 권선(604, 606) 사이에 균등하게, 즉, 모두 하나의 극으로 배치되거나, 제1 및 제1 분할 상 권선 사이에 균등하지 않게, 가령, 2차 권선 상에 또 다른 2차 권선보다 더 많은 턴(turn)수 또는 코일이 있도록 배치될 수 있다.

도 6의 예시에서, 분할 상 권선 회로(602)는 모터가 켜져 있고 동기 속도일 때 DC 전자소자, 가령, 모터 제어기(608)를 끌 수 있다. 따라서 분할 상 권선 회로(602)의 모터 제어기(608)가 모터의 속도를 결정하고 모터가 동기 속도인지 여부를 결정한다. 예를 들어, 1800 RPM이 4개의 스테이터 극(2개의 북 스테이터 극 및 2개의 남 스테이터 극)을 갖는 모터에 대한 동기 속도일 수 있다. 모든 절반 AC 사이클마다, 전력이 자극들 중 하나로 공급된다. 따라서 모터가 라인 AC로 동기화되는 경우 동기 속도가 1800 RPM이다. 마찬가지로, 8개 극 스테이터에 대한 동기 속도가 900 RPM일 것이다.

도 7은 분할 상 권선 회로(702)에서 동기 속도 이하의 시동 및 연속 동작 동안 상 전류 방향의 제어를 도시한다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 분할 상 권선(704, 706)과 전력 스위치(들) 회로(708) 모두 양단에서 전류가 항상 동일한 방향으로 흐를 것이다. 전력 스위치(들) 회로(708)와 직렬 연결된 분할 상 권선(704, 706)이 분할 상 권선 사이의 중간점 또는 중앙점에 배치되는 전력 스위치(들) 회로(708)를 갖는 하나의 권선을 나타낸다. 분할 상 권선에 인가되는 전류 및 전압이 항상 동일한 방향으로 두 코일을 통과하고, 분할 상 권선의 자극이 마찬가지로 동일할 것이다.

이하에서 언급된 바와 같이, 제어 회로는 하나 이상의 전력 스위치에 연결되는 출력을 갖는 다이오드 정류기 브리지 회로를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도선 L1 상의 전압이 양의 값일 때 전력 스위치(들) 회로(708)의 다이오드 브리지 정류기의 출력 단자들이 단락되는 경우, 전류가 권선(704, 706)을 통해 한가지 방향으로 그러나 절반 사이클 증분에서 흐를 것이다. 도선 L1 및 L2 양단의 전압이 60 사이클인 경우, 도선 L1이 양의 값일 때만 제어 회로에서의 다이오드 브리지 정류기 회로의 출력이 단락될 것이고 전류가 하나의 방향으로만 8밀리초 동안 흐를 것이다. 8밀리초 동안 교대하는 절반 사이클 상에서 어떠한 전류도 흐르지 않을 것이다. 그 후 전류가 또 다른 8밀리초 동안 흐를 것이다. 도선 L2가 양의 값을 때 제어 회로의 다이오드 브리지 회로의 출력이 단락되는 경우, 동일한 방식으로 전력이 흐를 것이다. 자기 로터의 각 위치를 기초로 브리지의 출력의 단락이 선택적으로 이뤄지면, 연속 모터 동작이 발생될 것이다. 앞서 기재된 바와 같이 자기 로터의 각 위치를 선택적으로 기초로 하여 절반 사이클의 일부분 동안 제어 회로에서의 다이오드 브리지 정류기 회로 출력이 단락되는 경우, 그리고 도선 L1이 양의 값일 때만, 임의의 바람직한 속도, 가령, 동기 속도 이상의 속도가 얻어질 수 있다. 이러한 모터의 특성이 입력에 인가된 펄스화 전류(pulsating current)를 갖는 DC 모터와 유사할 것이다. 그러나 복수의 전력 스위치 구성요소가 분할 상 권선의 스위칭을 획득하는 것 대신, 분할 상 권선 회로가 교류 전류가 하나의 파워 스위칭 구성요소와 함께 스위칭을 달성할 수 있다는 사실을 이용한다.

도 8은 4극 분할 상 권선 회로에서 1800RPM(revolutions per minute)의 동기 속도에서 상 전류 방향을 제어하는 예시를 보여준다. 동기 속도에서, 제어되는 상이 AC 라인 입력과 동기화된다.

도 9는 2극 분할 상 권선 회로에서 3600 RPM(revolutions per minute)의 동기 속도에서의 상 전류 방향의 제어를 도시한다. 동기 속도에서, 제어되는 사이 AC 라인 입력과 동기화된다.

*도 10은 분할 상 권선 회로에서 DC 전력 서플라이 저장 커패시터 충전 주기의 예시를 도시한다. 도 7의 파형과의 상관을 주시할 수 있다.

도 11은 2차 코일() 및 하나의 전력 스위치(1108)를 갖는 분할 상 권선 회로(1102)를 도시한다. 1차 분할 상 권선(1110, 1112)이 DC 전력 서플라이로 흐를 수 있는 전류를 제한한다.

제어 회로(1114)는 입력 주파수 및 로터 위치의 타이밍을 기초로 전력 스위치(들) 회로(1115)에 대한 스위칭을 제어한다. 상기 제어 회로(1114)는 분할 상 권선 회로의 시동 및 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어 회로(1114)는 가령 모터가 동기식 모터인 경우, 시동을 제어한다. 제어 회로(1114)는 스테이터에 대한 로터의 위치를 결정한다. 제어 회로(1114)는 또한 RPM(revolutions per minute)에서 로터의 속도를 결정 및 모니터링하여, 가령, 모터가 동기 속도에 이를 때 모터의 동작 파라미터를 결정하고, 로터의 위치 및/또는 모터의 속도를 기초로 모터를 제어할 수 있다. 하나의 예를 들면, 제어 회로(1114)는 홀 효과 스위치 및/또는 로터의 위치 및/또는 회전 수를 결정하기 위한 그 밖의 다른 회전 결정 장치 또는 로터의 속도를 결정하기 위한 속도 결정 장치를 가진다.

하나의 예시에서, 전력 스위치(들) 회로(1115)는 병렬 연결된 제너 다이오드(1116) 또는 그 밖의 다른 전압 레귤레이터 및 전력 스위치(1108)를 포함한다. 반면에, 종래 기술 시스템은 다른 구성요소와 직렬 연결된 전력 스위치를 포함했다. 전력 스위치(1108)가 제너 다이오드(1116)와 직렬이 아니라 병렬로 연결되어 있기 때문에, 항상 온(on) 상태일 수 있다. 그러나 전력 스위치가 오프(off) 상태인 경우, 전류는 여전히 제너 다이오드를 통해 흐를 수 있다.

도 11의 회로가 가령 모터가 시동될 때 저전압 전력 서플라이를 DC 전력 서플라이로 제공하는 하나 이상의 2차 코일(2차 권선이라고도 지칭됨)(1104, 1106)을 포함한다. 하나 이상의 2차 코일(1104, 1106)이 또한 고주파수 노이즈 필터로서 동작하여 DC 전력 서플라이에 공급되는 저전력 전압에서 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다.

2차 권선(1104, 1106)이 임의의 곳에 배치될 수 있는데, 가령, 제1 및 제2 분할 상 권선(1110, 1112) 사이에 균등하게, 즉, 모두 하나의 극으로 배치되거나, 제1 및 제1 분할 상 권선 사이에 균등하지 않게, 가령, 2차 권선 상에 또 다른 2차 권선보다 더 많은 턴(turn)수 또는 코일이 있도록 배치될 수 있다.

코일이 다이오드 브리지 정류기(1118)를 통해 회로에 연결되는 방식에 의해, 임의의 특정한 때에 전류가 코일을 통해 단 하나의 방향으로 흐를 수 있다.

이 모터 및 제어기에 이뤄진 개선이 DC 로직 전력 서플라이를 크게 개선하고, 이는 더 신뢰할만한 로직 제어 회로를 가능하게 한다. 모터 코일을 1차 코일(1110, 1112)로서 이용하는 변압기를 생성하는 방법으로 2차 코일(1104, 1106)이 모터 코일과 함께 권취된다. 도 11의 예시는 20:1 비를 이용한다. 도 11의 예시는 동일한 스테이터 폴 상에 권취되는 모터 1차 코일당 1000 턴수 및 2차 코일당 50 턴수를 포함한다. 그러나 그 밖의 다른 더 높거나 낮은 턴 비가 사용될 수 있다. 1차 모터 코일(1110, 1112)과 2차 코일(1104, 1106) 간 비가 AC 입력 전력 및/또는 DC 전력 요건에 따라 변할 수 있다. 이 회로는 라인으로부터의 고전압으로부터 모든 DC 회로를 격리할 뿐 아니라, 전력이 입력 L1 및 L2에 인가될 제어 회로(1114)로 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성한다.

전력 스위치(들) 회로(1115)가 MOSFET 전력 스위치(1108)에 추가로 전파 브리지 정류기(1118)를 가진다. 전파 브리지 정류기(1118)는 어떠한 음 전압도 전력 스위치(1108)의 드레인(상부)에 공급되지 않을 것을 보장한다. 전파 브리지 정류기(1118)는 또한 어떠한 양의 전압도 전력 스위치(1108)의 소스(하부)에 공급되지 않을 것임을 보장하여, 저항기(R1)를 통한 전력 스위치(1108)의 게이트 상의 양의 전압에 의해 바이어스될 때 전류가 전력 스위치(1108)의 드레인에서 소스로만 흐르게 할 수 있다. 동시에, 양의 정류된 AC 전력 서플라이가 전력 스위치(1108)의 드레인에 위치하고, 전력 스위치(1108)는 저항기(R1)를 통해 동일한 전압 신호에 의해 바이어스된다. 다이오드(1116)가 전력 스위치(1108)의 게이트 상의 임의의 전압이 -0.7VDC보다 클 것임을 보장함으로써(이보다 낮은 것은 전력 스위치(1108)를 손상하거나 파괴할 수 있기 때문), 전력 스위치(1108)의 게이트를 보호한다. 저항기(R11) 및 커패시터(C5)가 "스누버(snubber)"로서 사용되어 과도기(transient) 또는 고 주파수 노이즈를 필터링할 수 있다. R11 및 C5는, 특히, 노이즈 환경에서, MOSFET 전력 스위치(1108)에 대한 추가 보호를 제공한다.

도 12는 2차 코일(1104, 1106) 및 하나의 전력 스위치(1108)를 갖는 분할 상 권선 회로(1202)를 도시한다. 도 12의 회로가 도 11의 동일한 전력 스위치(들) 회로와 동일한 2차 코일(1104, 1106)을 포함한다. 덧붙여, 도 12의 제어 회로(1114A)가 모터의 동작을, 가령, 동기 속도를 통해, 제어하기 위한 로직 제어 회로(1204), 전력 스위치(들) 회로가 꺼질 때를 제어하는 로직 제어 셧 오프 회로(1206), 및 DC 전력을 로직 제어 회로 및 로직 제어 셧 오프 회로에 공급하기 위한 비-붕괴 DC 전력 서플라이(1208)를 포함한다. 로직 제어 회로(1204) 및 로직 제어 셧 오프 회로(1206)가 하나의 단일 로직 제어 회로로 구성될 수 있다.

하나의 실시예에서, 분할 상 권선 회로(1202)의 한 가지 목적은 모터가 AC 전력 서플라이 라인 주파수(가령, 4극 모터의 경우, 60Hz = 1800 rpm 및 50Hz = 1500 rpm)까지 실행되게 하는 것이다. 어떠한 제어 회로도 없다면, 코일 쌍 L1 및 L2이 전력 스위치(들) 회로를 통해 함께 단락된 경우 전력 스위치(들) 회로에 의해 전류가 흐를 수 있다. 로터가 라인 전압에 비교할 때 적절한 위치가 될 때까지 제어 회로가 전력 스위치(들) 회로를 끈다. 이러한 이유로, 한 가지 양태에서, 전력 스위치(들) 회로가 AC 전력 서플라이 라인 전압에 대해 정격화된다. 제어 회로 구성요소가 모두 로직 레벨 전압(VCC)일 수 있다.

로직 전력이 1차 모터 코일(1110, 1112)과 동일한 극 상에서 권취되는 2차 코일(1104, 1106)에 의해 공급된다. 2차 코일(1104, 1106)은 2차 전력이 로직 전력 요건을 충족하는 한 어떠한 개수의 극 상에서 권취될 수 있다. 하나의 예를 들면, 제어 회로가 모터를 시동하고 이를 동기 속도로 만들 필요만 있으며, 로직 제어 셧 오프 회로가 선택사항으로 포함되어 메인 제어 회로를 셧 오프할 수 있다. 로직 제어 셧 오프 회로가 선택사항이다. 제어 회로를 셧 오프함으로써, 전력 스위치(들) 회로은 모터로의 완전한 라인 전력에서 전력 스위치(들) 회로에서의 손실을 뺄 수 있다. 이는 모터가 긴 주기 동안 실행될 때 특히 구성요소의 총 효율 및 수명을 증가시킬 것이다.

도 13 및 13a는 2차 코일 및 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다. 회로는 2개의 AC 서플라이 라인 입력 L1 및 L2를 가지며, 이들은 모터의 동작 동안 AC 전력 소스로 연결된다.

전력 스위치 회로

전력 스위치(들) 회로는 전파 브리지 정류기 BR1 및 MOSFET 전력 스위치 Q1를 가진다. 전파 브리지 정류기 BR1는 어떠한 음의 전압도 전력 스위치 Q1의 드레인(상부)로 공급되지 않을 것임을 보장한다. 전파 브리지 정류기 BR1은 어떠한 양의 전압도 전력 스위치 Q1의 소스(하부)로 공급되지 않아서, 저항기 R1를 통해 전력 스위치(Q1)의 게이트 상의 양의 전압에 의해 바이어스될 때 전류가 전력 스위치 Q1의 드레인에서 소스로만 흐를 수 있도록 한다. 양의 정류된 AC 전력 서플라이가 전력 스위치 Q1의 드레인에 위치하고, 전력 스위치 Q1이 저항기 R1을 통해 동일한 전압 신호에 의해 바이어스된다. 전력 스위치 Q1의 게이트 상의 임의의 전압이 다이오드(D5)가 -0.7VDC보다 클 것임을 보장함으로써(이보다 낮은 것은 전력 스위치 Q1를 손상하거나 파괴할 수 있기 때문), 전력 스위치 Q1의 게이트를 보호한다. 저항기 R11 및 커패시터 C5가 "스누버"로서 사용되어, 과도기 또는 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다. R11 및 C5가 특히 노이즈 환경에서 MOSFET 전력 스위치 Q1에 대한 추가된 보호를 제공한다.

DC 전력 서플라이

전력이 모터에 인가되고 전류가 모터 상 권선(모터 1차 코일)을 통해 흐르자마자, 변압기의 동작과 동일한 방식으로 2차 권선(2차 토일) 상에 전력이 존재한다. 2차 코일 상의 전압의 값이 입력 전압 및 2차 코일에 대한 1차 코일의 턴 카운트 비에 직접 비례한다. 도 11의 예시를 이용할 때, 1차 코일로의 입력 전압이 120VAC이고 2차 코일에 대한 1차 코일의 턴 카운트 비가 20:1인 경우, 2차 코일 상의 전압이 대략 6VAC에서 임의의 손실을 뺀 값으로 계산될 것이다. 2차 코일로부터의 전력이 2차 코일에서 DC 전력 서플라이로 직접 공급된다. 전파 브리지 정류기 BR2가 2차 코일로부터 저 전압 AC 전력 서플라이를 정류한다. 전파 브리지 정류기 BR2는 DC 서플라이 요건을 기초로 하는 저전력 구성요소일 수 있다.

제너 다이오드(Z1 및 Z2)가 서로 애노드와 애노드로 직렬 연결되며, 각각의 캐소드는 전파 브리지 정류기 BR2의 AC 전력 서플라이 입력에 연결된다. 이 방법은 구성요소에 대한 최대 정격을 초과할 수 있는 AC 전력 서플라이 입력으로부터 전파 브리지 정류기 BR2를 보호하는 데 사용된다. 전파 브리지 정류기 BR2로부터의 음의 출력이 회로 접지로 연결되며, 상기 회로 접지는 전력 스위치 블록과 동일한 접지로 연결된다. 전파 브리지 정류기 BR2로부터의 양의 출력은 저 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1 및 커패시터 C1으로 연결된다. 커패시터 C1이 제공되어 저 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 입력으로 향하는 정류된 AC 전력 서플라이 신호를 평활화할 수 있다. 바이패스 커패시터 C7이 저 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 출력 상에서 사용되어, 양의 DC 레일(VCC) 상의 노이즈를 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 또한 더 큰 커패시터 C10가 저 드롭-아웃 레귤레이터 LDO1의 출력 상에서 사용되어 양의 DC 레일을 평활화하고 일부 저전압 상황 동안 전력을 보장할 수 있다. C7 및 C10은 필수는 아니지만, 특히, 노이즈 환경에서, 저 전압 DC 구성요소에 대한 신뢰성 및 보호를 추가하도록 제공된다.

로직 제어 회로/모터 제어기

로직 제어 회로(모터 제어기)가 AC 서플라이 라인 입력 주파수 및 로터 위치의 타이밍을 기초로 전력 스위치(들) 회로에 대한 스위칭을 제어한다. 바이-폴라 접합 트랜지스터(BJT) Q2 및 Q3 및 다이오드 D6 및 D7으로 구성된 AC 버퍼를 이용해 AC 서플라이 라인 입력 주파수의 타이밍이 감지된다. AC 버퍼 입력으로의 전류가 고 값 저항기 R3에 의해 제한된다. 다이오드 D6는 AC 버퍼 입력이 양의 DC 서플라이 전압보다 크지 않음을 보장한다. 다이오드 D7는 AC 버퍼 입력이 DC 서플라이 접지를 참조하는 -0.7보다 큼을 보장한다.

AC 버퍼로의 입력이 로직 하이(high)인 때, BJT Q2는 바이어스되고, AC 버퍼의 출력이 또한 로직 하이가 된다. AC 버퍼로의 입력이 로직 로우(low)인 때, BJT Q3이 바이어스되고 AC 버퍼의 출력이 로직 로우가 된다. AC 버퍼의 출력이 커패시터 C6 및 저항기 R13으로 구성된 필터에 연결된다. 필터는 필수는 아니지만 노이즈 환경에서 보호 및 신뢰성을 제공한다.

홀 효과 스위치 IC1를 이용해 로터 자석 극성이 감지된다. 그럼에도, 또 다른 스위치 또는 감지 장치가 로터 자석 극성 및/또는 로터 위치를 감지 및/또는 속도를 결정 및/또는 로터 회전을 결정할 수 있다. 홀 효과 스위치 IC1은 개방-콜렉터 출력이고 따라서 양의 DC 레일(VCC)까지의 풀-업(pull-up)을 필요로 한다. 저항기 R2는 개방-콜렉터 출력을 위해 필요한 풀-업(pull-up)을 제공한다.

홀 효과 스위치 IC1의 출력과 AC 버퍼의 출력이 단일 회로 로직 XOR IC2를 이용해 비교된다. XOR IC2의 출력이 홀 효과 스위치 IC1와 AC 버퍼 간 차이이며, 이는 전력 스위치(들) 회로의 MOSFET 전력 스위치 Q1을 바이어스할 것이다. 홀 효과 스위치 IC1 출력이 로직 로우인 경우, 전력 스위치 Q1이 모터로의 AC 서플라이 입력 L1이 음의 값일 때만 바이어스될 것이다. 홀 효과 스위치 IC1의 출력이 로직 하이일 때, 전력 스위치 Q1은 모터로의 AC 서플라이 입력 L1이 양의 값일 때만 바이어스될 것이다. 모터 시동 동안, AC 서플라이 입력 L1의 양의 입력 또는 음의 입력만 전력 스위치 Q1을 통과할 복수의 입력 AC 사이클이 존재할 수 있다.

전력 스위치 Q1을 이용해, 전력 스위치 Q1의 드레인 및 게이트 전압이 바이어싱 전압 이상일 때면 언제든 파형이 "쵸핑" 또는 셧 오프될 수 있다. 예를 들어, 도 7을 참조할 수 있다. BJT Q4를 바어이싱함으로써 XOR IC2의 출력이 로직 하이일 때 전력 스위치 Q1의 게이트가 로직 로우로 유지된다. BJT Q4가 바이어싱될 때, 저항기 R1으로부터 흐르는 임의의 전류가 전력 스위치 Q1의 게이트를 우회하고 전력 스위치 Q1의 게이트를 이의 소스로 전기적으로 연결하는 콜렉터에서 이미터로 BJT Q4를 통해 흐를 것이며, 전력 스위치 Q1을 셧 오프할 것이다.

홀 효과 스위치 IC1의 주파수가 입력 AC 서플라이의 주파수와 매칭될 때, 모터는 동기식으로 동작한다. 모터가 동기식으로 동작하는 경우, 제어 회로는, 모터가 동기 상태에서 벗어나거나 모터가 중단되고 재시동될 때까지 필요하지 않다. 전압 레귤레이터 IC3가 동기 속도 또는 홀 효과 스위치 IC1보다 큰 속도를 감지할 때, XOR IC2의 출력이 전압 레귤레이터 IC3의 개방-콜렉터를 통해 로직 로우로 유지된다. 전압 레귤레이터 IC3이 입력 AC 서플라이의 속도보다 낮은 속도를 감지할 때, 전압 레귤레이터 IC3의 개방-콜렉터 출력이 오프가 되고, 이로 인해 XOR IC2의 출력은 영향 받지 않을 수 있다.

이 방법은, 모터가 동기 속도로 실행 중일 때, 전력 스위치 Q1이 로직 제어에 의해 셧 오프되지 않음을 보장한다. 그러나 모터가 동기 속도 이하로 느려지는 경우, 로직 제어기는 시동을 위해 하는 것처럼 모터 타이밍을 제어할 것이다. 이 방법을 이용함으로써, 전체 모터 효율 및 회로의 구성요소의 예상 수명이 개선된다.

외부 구성요소가 전압 레귤레이터 IC3에 대한 타이밍을 세팅하는 데 사용된다. 저항기(R4, R5, R6 및 R7)는 전압 레귤레이터 IC3이 정확한 파라미터 내에서 동작하도록 1% 공차(tolerance)를 가질 수 있다. 커패시터 C1은 저항기()와 함께 동작하여, 전압 레귤레이터 IC3의 개방-콜렉터 출력이 켜질 주파수를 설정할 수 있다. 커패시터 C3은 전압 레귤레이터 IC3에서 내부 전하 펌프를 위해 사용된다. 커패시터 C4가 사용되어 전압 레귤레이터 IC3으로 입력을 AC 연결할 수 있는데, 전압 레귤레이터 IC3이 0전압 전위를 갖는 주파수만 검출할 것이기 때문이다. 저항기 R8은 전압 레귤레이터 IC3의 입력에서 AC 결합 커패시터 C4로의 전류를 제한한다.

도 14는 2개의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 15는 하나의 전력 스위치를 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 16은 2개의 전력 스위치를 직렬로 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다. 다이오드(D1 및 D2)는 1N4003 다이오드이고, 다이오드(D3 & D4)는 1N914 다이오드이다. 트랜지스터(Q3 및 Q4)는 2N3904이다. IC1은 홀 효과 스위치/센서이다. 다이오드(D5 및 D6)는 상 전류가 내부 다이오드 순방향 전류 정격을 초과하는 경우 스위치(Q1 및 Q2)(d1 & d2) 내 내부 다이오드에 대한 전류 용량을 증가시키는 데 사용된다. 홀 스위치/센서 IC1에 대한 장치 선택에 따라, 홀 스위치/센서 IC1에 대한 솔리드 3.3 VDC 또는 5VDC 서플라이를 보장하기 위해 필요에 따라 커패시터 C1에 대한 추가 충전 시간을 추가하기 위해 커패시터(C2 및 C3)가 스위치(Q1 및 Q2)에 대한 '턴 온' 딜레이를 생성하는 데 사용된다. 종래 시스템에서, 5VDC가 로직 레벨 전력 MOSFET 스위치를 스위치 온하는 데 필요했다. 하나의 실시예에서, 커패시터(C2 및 C3)가 선택사항이다.

다이오드(D1, D2, d1, 및 d2)가 A홀 스위치/센서 IC1에 대한 DC 전력 서플라이에 대한 AC 전력의 정류를 수행한다.

제너 다이오드(ZD1)가 홀 스위치/센서 IC1의 DC 전력 서플라이에 대한 전압 레귤레이터를 제공한다.

RL은 DC 전력 서플라이에 대한 전력 제한을 제공한다. 하나의 예시에서, 전류를 10 mA로 적절하게 제한하도록 설정된다. 홀 스위치/센서 IC1이 DC 전류의 6mA, 가령, 내부 개방 콜렉터 출력 트랜지스터에 대한 베이스 드라이브 전류를 이용한다. 추가 DC 전류가 스위치 Q3을 켜는 데 사용되고 풀업 저항기 R3을 통해 공급된다. 스위치 Q3에 대한 콜렉터에서 이미터로의 전류 및 스위치 Q4를 위한 베이스 및 콜렉터에서 이미터로의 전류가 DC 전력 서플라이에 의해 공급되지 않고 모터 상 권선을 통한 전류에 의해 공급된다. 트랜지스터 Q3과 Q4가 적절한 때에 완전히 '오프'되는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 한 가지 실시예에서, 스위치가 최대 동작 효율을 위한 적절한 시점에서 완전히 '온'되거나 포화 상태가 된다.

도 17은 분할 상 권선 코일에서 직류 전류(DC) 전력 서플라이 및 직렬 연결된 2개의 전력 스위치로의 탭을 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 18은 2개의 전력 스위치를 병렬로 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 19는 분할 상 권선 코일에서 직류 전류(DC) 전력 서플라이 및 병렬 연결된 2개의 전력 스위치로의 탭을 갖는 분할 상 권선 회로를 도시한다.

도 20은 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 1차 AC 상 권선(2004) 및 2차 권선(2006)(즉, 하나 이상의 2차 코일)을 갖는 분할 상 권선 회로를 갖는 모터(2002)를 도시한다. 도 20의 모터에서, 2차 권선(2006)이 모든 극 상에서 감긴다. 그러나 2차 권선(2006)은 단 하나의 극, 2개의 극, 3개의 극, 또는 또 다른 개수의 극 상에서만 감길 수 있다. 2차 권선이 도 20의 모터(2002)에서 1차 상 권선(2004)과 직렬로 연결된다. 그러나 2차 권선(2006)은 또한 병렬로 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결될 수 있다. 도 20의 모터는 4극 영구 자석 동기식 모터이다. 60 Hz AC에서 동작할 때 모터에 대한 동기 속도는 1800 RPM이다.

도 21은 단 하나의 극 상에서 권취되는 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 만들기 위해 1차 AC 상 권선(2104) 및 2차 권선(2106)(즉, 하나 이상의 2차 코일)을 갖는 분할 상 권선 회로를 갖는 모터(2102)를 도시한다. 도 21의 모터(2102)는 4극 영구 자석 동기식 모터이다. 60 Hz AC 에서 동작할 때 모터에 대한 동기 속도는 1800RPM이다.

도 22는 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 만들기 위해 탭 형성된 1차 상 권선을 갖는 분할 상 권선 회로를 갖는 모터(2202)를 도시한다. 도 22의 모터(2202)는 4극 영구 자석 동기식 모터이다. 60 Hz AC에서 동작할 때 모터에 대한 동기 속도는 1800 RPM이다.

모터는 4개의 극(2206-2212)을 갖는 스테이터(2204) 및 스테이터를 향하는 4개의 자석(N, S, N, S)(2216-2222)을 갖는 로터(2214)를 가진다. 모터(2202)는 샤프트(중앙 원)(2224) 및 로터 백 아이언(샤프트와 자석 사이의 영역)(2226)를 가진다. 1차 분할 상 권선(2228, 2230)이 각각 L1 및 L2에서 AC 전력 서플라이로 연결된다. 2차 권선(2232, 2234)이 DC 전력 서플라이(2236)로 연결된다.

도 23은 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 분할 상 권선(2308, 2310)과 전력 스위치(들) 회로(2312) 간 저항기(2304, 2306)를 갖는 분할 상 권선 회로(2302)를 갖는 모터를 도시한다. 도 23의 모터는 4극 영구 자석 동기식 모터이다. 60 Hz AC에서 동작할 때 모터에 대한 동기 속도는 1800 RPM이다.

도 24는 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위해 분할 상 권선(2408, 2410)과 전력 스위치(들) 회로(2412) 사이에 제어 다이오드(2404, 2406)를 갖는 분할 상 권선 회로()를 갖는 모터를 도시한다. 도 24의 모터는 4극 영구 자석 동기식 모터이다. 60 Hz AC에서 동작할 때 모터에 대한 동기 속도는 1800 RPM이다.

도 25-34의 회로가 본원에서 기재된 하나 이상의 모터와 함께 사용될 수 있는 분할 상 권선 회로를 도시한다. 이들 회로는 4개의 부분으로 분할되는 모터에 대한 모터 상 권선을 포함하며, 이때, 2개의 모터 상 권선은 회로의 모터 상 권선의 2분의 1을 형성하고 다른 두 모터 상 권선은 회로의 모터 상 권선의 나머지 2분의 1을 형성한다. 모터 제어기/모터 제어 회로로부터 모터 상 권선의 각각의 절반부에 2개의 모터 상 권선(코일) 간 연결을 추가함으로써, 모터는 시동을 위해 4개의 코일 중 단 2개만 이용해 동작할 수 있다. 이는 전체 모터 코일 임피던스를 감소시키고 이로 인해 전류가 증가하고 토크가 증가하기 때문에 시동 시 유익하다. 전류가 상승하기 때문에, 선택된 허용 가능한 퍼센티지 이하에서 효율이 감소될 수 있다. 분할 상 권선 회로가, 일부 실시예에서, 저 입력 전압에서 시동 토크를 제공한다.

도 25의 회로를 참조하면, 분할 상 권선 회로(2502)는 4개의 분할된 모터 상 권선(2504-2510)을 가진다. 모터 상 권선 중 2개(2504-2506)가 회로(2502)의 모터 상 권선의 하나의 절반부(2512)를 형성하고, 나머지 2개의 모터 상 권선(2508-2510)이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부(2514)를 형성한다. 모터에 대한 모터 제어기(2516)가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 모터 제어기의 제1 스테이지(스테이지 1)(2518)가 분할된 모터 상 권선(2504-2510)의 2개의 절반부(2512-2514)들 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(2520)에 위치하고, 모터 제어기의 제2 스테이지(스테이지 2)(2522)가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이에서 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다.

모터에 대한 전력 전기소자가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 제1 스테이지(스테이지 1) 전력 스위치(들) 회로/전력 전기 소자(2524)가 모터 상 권선의 각각의 절반부(2512-2514) 상에서, 분할된 모터 상 권선(2504-2506) 사이 및 (2608-2610) 사이의 각각의 중간점 또는 중앙(2526, 2528)(즉 "4분의1점")에 위치한다. 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로가 제1(L1) 및 제4(L4) 코일(2504, 2510)을 활성화한다. 스테이지 1 전력 스위치 회로(2524)는, 예를 들어, 하나 이상의 스위치, 가령, 하나 이상의 MOSFET 또는 그 밖의 다른 스위치일 수 있으며, 스테이지 1 모터 제어기(2518)에 의해 제어된다.

제2 스테이지(스테이지 2) 전력 스위치(들) 회로/전력 전기 소자(2530)는 분할된 모터 상 권선(2504-2510)의 2개의 절반부(2512, 2514) 사이의 서플라이 라인 전압의 "중간점"(2520)에 위치한다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2530)가 제2(L2) 및 제3(L3) 코일(2506-2508)을 활성화한다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2530)가, 예를 들어, 하나 이상의 스위치, 가령, 하나 이상의 솔리드 스테이트 릴레이(SSR), 쿼드 솔리드 스테이트 릴레이(QSSR), 또는 그 밖의 다른 스위치일 수 있으며, 스테이지 2 모터 제어기(2518)에 의해 제어된다. 직류 전류(DC) 전력 서플라이(2532)(가령, 모터 제어기에서 사용되는 전자소자용)가 분할된 모터 상 권선(2504-2510) 사이에, 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부(2512-2514) 사이에, 및/또는 모터 상 권선의 각각의 절반부(2512, 2514) 상에서 분할된 모터 상 권선(2504-2506) 사이 또는 (2508-2510) 사이의 중간점 또는 중앙(2526-2528)에, 위치한다.

분할 상 권선 회로(2502)는 하나 이상의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소(2534, 2536)(DC 전력 서플라이로부터 DC 전압이 스위치 '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통과하는 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 낮아지는 것을 방지하기 위한 구성요소), 가령, 비-붕괴 DC 전력 서플라이를 생성하기 위한 전압 강하 구성요소 또는 직접 DC 전력 서플라이 전력공급 구성요소를 포함한다. 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소(2534, 2536)의 예시는 DC 전력 서플라이(2532)로 전기적으로 연결된 1차 상 권선(2504-2510) 중 하나 이상으로부터의 탭, DC 전력 서플라이(2532)에 전기적으로 연결된 외부 1차 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L4)(2504 및 2510), 전력 서플라이에 전력을 공급하기 위한 DC 전력 서플라이에 연결된 2차 상 코일 권선, 외부 1차 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L4)(2504 및 2510)로부터 DC 전력 서플라이(2532)로 전기적으로 연결된 2차 상 코일, 분할 상 권선과 전력 스위치(들) 회로 중 하나 이상 간 저항기, 제1 및 제2 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L2) 간 하나 이상의 저항기, 및 제3 및 제4 분할 상 권선(코일 L3 및 코일 L4)(2506 및 2508) 간 하나 이상의 저항기(이때, DC 전력 서플라이가 또한 제1 및 제2 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L2) 사이의 하나의 측부에 연결되고 제3 및 제4 분할 상 권선(코일 L3 및 코일 L4) 사이의 다른 한 측부 상에 연결됨), 분할 상 권선과 하나 이상의 전력 스위치(들) 회로 간 하나 이상의 제너 다이오드, 제1 및 제2 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L2) 간 하나 이상의 제너 다이오드, 제3 및 제4 분할 상 권선(코일 L3 및 코일 L4) 간 하나 이상의 제너 다이오드(이때, DC 전력 서플라이는 제1 및 제2 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L2) 사이의 하나의 측부 상에 전기적으로 연결되고 제3 및 제4 분할 상 권선(코일 L3 및 코일 L4) 사이의 다른 측부 상에 연결됨), 분할 상 권선과 하나 이상의 전력 스위치(들) 회로 간(가령, 하나 이상의 저항기 또는 다이오드를 대신하는) 비-포화 반도체 또는 그 밖의 다른 저항성 구성요소(이때, 저항은 상당한 전압 강하를 만들기에 충분히 높고 이 전압 강하에 의해 스위치 '온'일 때 DC 전력 서플라이 또는 그 밖의 다른 구성요소가 1차 분할 상 권선과 하나 이상의 전력 스위치(들) 회로 간 전압 강하를 만들어서, 전력 스위치(들) 회로의 전력 스위치(들)이 온(on)이고 전도 상태일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막는다). 따라서 분할 상 권선 회로(2502)는 전력 스위치(들) 회로가 온이고 전도 상태이거나 오프이고 비전도 상태인지 여부와 무관하게 전력의 일정한 흐름을 제공한다.

도 26 및 27은 DC 전력 서플라이에 전력을 공급하고 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 스위치 '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통과하는 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 낮아지지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성하기 위해 DC 전력 서플라이로 전기적으로 연결되는 하나 이상의 2차 코일(2차 권선이라고도 지칭됨)을 갖는 분할 상 권선 회로(2602 및 2702)의 예시를 도시한다. 하나 이상의 2차 코일이, 가령, 모터가 시동 상태일 때 저전압 전력 서플라이를 DC 전력 서플라이(2632)로 제공한다. 하나 이상의 2차 코일이 또한 고 주파수 노이즈 필터로서 역할하여, DC 전력 서플라이로 공급되는 저 전력 전압에서 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다.

도 26을 참조하면, 분할 상 권선 회로(2602)는 4개의 분할된 모터 상 권선(2604-2610)을 가진다. 모터 상 권선 중 2개(2604-2606)가 회로(2602)의 모터 상 권선의 하나의 절반부(2612)를 형성하고 나머지 2개의 모터 상 권선(2608-2610)이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부(2614)를 형성한다. 모터에 대한 제어 로직/모터 제어기(2616)가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 모터 제어기의 제1 스테이지 (스테이지 1)(2618)가 분할된 모터 상 권선(2604-2610)의 2개의 절반부(2612-2614) 사이에 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"(2620)에 위치하고, 모터 제어기의 제2 스테이지(스테이지 2)(2622)가 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부 사이에 서플라이 라인 전압의 "중간점" 또는 "중앙점"에 위치한다.

모터에 대한 전력 전기소자가 2개의 스테이지를 가지며, 이때, 제1 스테이지 (스테이지 1) 전력 스위치(들) 회로/전력 전기소자(2624)가 모터 상 권선의 각각의 절반부(2612-2614) 상의 분할된 모터 상 권선(2604-2606) 사이 및 (2608-2610) 사이의 각각의 중간점 또는 중앙(2626, 2628)(즉 "4분의1점")에 위치한다. 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2618)가 제1(L1) 및 제4(L4) 코일(2604, 2610)을 활성화한다. 스테이지 1 파워 스위티(들) 회로(2624)는, 예를 들어, 하나 이상의 스위치, 가령, 하나 이상의 MOSFET 또는 그 밖의 다른 스위치일 수 있고, 스테이지 1 모터 제어기(2218)에 의해 제어된다. 하나의 예를 들면, 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2618)는 하나 이상의 제너 다이오드 또는 또 다른 전압 레귤레이터 및 전력 스위치를 병렬로 포함한다. 반면에, 종래의 시스템은 다른 구성요소와 직렬 연결되는 전력 회로를 포함했다. 전력 스위치가 하나 이상의 제너 다이오드와 직렬이 아니라 병렬 연결되기 때문에, 이는 항상 온(on) 상태일 수 있다. 그러나 전력 스위치가 오프인 경우, 전류가 제너 다이오드를 통해 여전히 흐를 수 있다.

제2 스테이지(스테이지 2) 전력 스위치(들) 회로/전력 전기소자(2630)가 분할된 모터 상 권선(2604-2610)의 2개의 절반부(2612, 2614) 사이에 서플라이 라인 전압에서 "중간점"(2620)에 위치한다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)가 내부 1차 분할 상 권선(제2 코일 L2 및 제3 코일 L3)(2606 및 2608)에 전기적으로 연결되고, 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로가 제2(L2) 및 제3(L3) 코일을 활성화한다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)는, 예를 들어, 하나 이상의 스위치, 가령, 하나 이상의 솔리드 스테이트 릴레이(SSR), 쿼드 솔리드 스테이트 릴레이(QSSR), 또는 그 밖의 다른 스위치일 수 있으며, 이들은 스테이지 2 모터 제어기(2618)에 의해 제어된다.

도 26의 하나의 예시에서, 모터가 온(on)이고 동기 속도일 때 분할 상 권선 회로(2602)가 DC 전자소자 중 하나 이상, 가령, 모터 제어기(2618)의 스테이지 1의 끌 수 있다. 따라서 모터 제어기(2618)의 스테이지 1이 모터의 속도를 결정하고 모터가 동기 속도인지 여부를 결정한다. 예를 들어, 1800 RPM이 4개의 스테이터 극(2개의 북 스테이터 극 및 2개의 남 스테이터 극)을 갖는 모터에 대한 동기 속도일 수 있다. 모든 절반의 AC 사이클에 대해, 전력이 자극들 중 하나로 공급된다. 따라서 4개의 자극에 전력을 공급하기 위해 2개의 사이클이 필요하다. 따라서 모터가 라인 AC에 동기화되는 경우 동기 속도는 1800 RPM이다. 마찬가지로, 8극 스테이터에 대한 동기 속도는 900RPM 일 것이다.

직류 전류(DC) 전력 서플라이(2632)(가령, 모터 제어기에서 사용되는 전자소자)가 분할된 모터상 권선(2604-2610) 사이에, 분할된 모터 상 권선의 2개의 절반부(0 사이에, 및/또는 모터 상 권선의 각각의 절반부(2612, 2614) 상의 분할된 모터 상 권선(2604-2606) 사이 또는 (2608-2610) 사이의 중간점 또는 중앙(2626-2628)에 위치한다. 1차 분할 상 권선()은 DC 전력 서플라이(2632)로 흐를 수 있는 전류를 제한함으로써, 전력을 낭비하는 전류 제한 구성요소에 대한 필요성을 없앨 수 있다.

도 26의 분할 상 권선 회로(2602)가 외부 1차 분할 상 권선(코일 L1 및 코일 L4)(2604 및 2610)으로부터 또는 이들 사이에 DC 전력 서플라이(2632)로 전기적으로 연결된 2차 코일(2634, 2636)(또한 2차 권선 또는 2차 상 권선이라고 지칭됨)을 포함하여, 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 스위치 '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통과하는 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 감소되지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성한다. 2차 상 권선(2634, 2636)의 코일이, 가령, 모터가 시동할 때 저전압 전력 서플라이를 DC 전력 서플라이(2632)로 제공한다. 하나 이상의 2차 코일(2634, 2636)이 또한 고주파수 노이즈 필터로서 역할하여 DC 전력 서플라이(2632)로 공급되는 전전력 전압에서 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다. 2차 코일(2634, 2636)이 임의의 곳에 배치될 수 있는데, 가령, 제1 및 제4분할 상 권선(2604, 2610) 사이에 균등하게, 즉, 제1, 제2, 제3, 제4 분할 상 권선 (2604-2610) 중 하나 이상 상에 모두 하나의 극으로 배치되거나, 제1 및 제1 분할 상 권선 사이에 균등하지 않게, 가령, 2차 권선 상에 또 다른 2차 권선보다 더 많은 턴(turn)수 또는 코일이 있도록 배치될 수 있다.

도 27은 도 6의 분할 상 권선 회로(2602)와 유사한 분할된 상 회로(2702)를 도시한다. 그러나 도 27의 분할된 상 회로(2702)는 전파 브리지 정류기, MOSFET 스위치, 및 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624A)를 도시한다. 분할된 상 회로(2702)는 또한 일부 구성요소에 대한 특정 값, 가령, 분할 상 권선(코일)(2604A-2610A)에 대한 435 턴수,30AWG, 2차 코일(2634A-2336A)에 대한 70 턴수, 30AWG를 도시한다.

도 26 및 27을 다시 참조하면, 하나의 양태에서, 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2630)가 시동 동안만 동작한다. 모터가 동기 속도에 도달할 때, 제어 로직/모터 제어기(2616)가 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)를 끄고 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)를 켠다. 스테이지 1 모터 제어기(2718)는 로터 위치를 기초로 코일을 통해 흐르는 전류의 방향을 제어한다. 하나의 예시에서, 더 정교한 스위칭 타임이 시동 시 고려된다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)가 켜지거나 꺼지고, 현재 흐름의 방향을 결정하는 데 로터 위치를 이용하지 않는다.

도 26 및 27의 예시에서 나타나는 바와 같이, 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)가 회로의 하나의 측(2612) 상에서 외부 상 권선(코일 L1)(2504) 및 내부 상 권선(코일 L2)(2506) 사이에 연결되고, 회로의 하나의 측(2514) 상에서 다른 외부 상 권선(코일 L5)(2510) 및 그 밖의 다른 내부 상 권선(코일 L3) 사이에 연결된다. 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)가 2개의 외부 상 권선(코일 L1 및 코일 L4)(2604, 2610)을 위한 전류 경로를 완성한다. 상 권선()이 모터 적용의 필요성에 들어 맞는 여러 방식으로 구성될 수 있다. 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)는 또한 상 권선(2604-2610) 중 3개 또는 단 하나만 여기하여 시동 토크 및 전력 요건을 맞출 수 있다.

스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)가 꺼지고 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)가 켜질 때, 모든 4개의 상 권선(2604-2610)에 대한 전류 경로가 완성된다. 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630)가 시동 시 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2624)보다 더 느린 스위칭 속도를 갖기 때문에, 구성요소, 가령, 릴레이 또는 솔리드 스테이트 릴레이가 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로를 위해 사용될 수 있고 전력 스위치, 가령, MOSFET이 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로를 위해 사용되는 경우보다 더 적은 부품을 필요로 한다.

저 비용이 목표라면, 더 저렴한 이산 구성요소를 이용해 등가 회로를 만드는 것이 바람직할 수 있다. 이하에서 기재되는 회로 중 하나에서, 이산 구성요소의 사용이 전압 범위, 전류 범위, 전압 강하, 및 스위칭 속도 측면에서 잘 수행한다. 이는, 동일한 전력 요건을 충족하는 솔리드 스테이트 릴레이와 동일하거나 더 적은 비용으로 만들어질 수 있다.

도 28 및 29는 스테이지 1 및 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로에 대한 능동 소자의 예시를 기재한다. 스테이지 1(시동)에 대해, 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2602A)의 능동 소자가 도 28에 도시되고 전파 브리지 정류기(2802) 및 MOSFET(2804)를 포함한다. 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로(2602A)가 MOSFET(2804)과 병렬 연결된 제너 다이오드(2806)를 가진다. MOSFET(2804)이 온 및 오프일 때 전류가 제너 다이오드(2806)를 통해 흐른다. 스테이지 1에 대한 상 권선(코일)(2604A, 2610A)(도 28)이 전파 브리지 정류기(2802)로 연결되어, 모터가 밸런싱 상태로 동작할 것이다. 2개의 상 권선(코일)로 전력을 공급하는 것이, 로터를 한 측부로 더 강하게 잡아 끌 수 있고, 이는 회로, 모터 구조 또는 둘 모두에 과도한 스트레스틀 야기할 수 있다. 극이 감겨 있는 방식 및 극이 로터에 정렬된 방식에 따라, 대부분의 토크가 시동 시에 존재하기 때문에 시동을 위해 서로 다른 코일을 구성하는 것이 필요할 수 있다. 가장 높은 모터 토크에서 불균형 상태 구성에서 연결되는 상 권선(코일)이 회로, 모터 구조, 또는 둘 모두에 과도한 스트레스를 야기할 수 있다. 스테이지 2에 대해, 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로(2630A) 에 대한 능동 소자가 도 29에 도시되고 SSR 또는 QSSR을 포함한다. 그럼에도, 또 다른 릴레이 또는 그 밖의 다른 스위치가 사용될 수 있다.

도 30a-30b는 모터에 대한 분할 상 권선 회로(3002, 3002A)의 또 다른 예시를 개략적으로 도시한다. 회로는 2개의 라인 입력 LI1 또는 Line_in1 및 LI2 또는 Line_in2을 가지며, 이들은 모터의 동작 동안 AC 전원으로 연결된다. 도 25-29의 회로처럼, 도 30a-30b의 회로가 4개의 부분으로 분할되는 모터 상 권선을 포함하며, 2개의 모터 상 권선(L1, L2)이 회로의 모터 상 권선의 절반부(3004)를 형성하고 2개의 나머지 모터 상 권선(L3, L4)이 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부(3006)를 생성한다.

전력 서플라이에 전력을 공급하고 비-붕괴 DC 전력 서플라이(DC 전압이 스위치(들) '온' 저항과 전력 스위치(들)을 통해 흐르는 전류의 곱(0에 가까움) 이하로 감소되지 않는 DC 전력 서플라이)를 생성하기 위해 DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결된 하나 이상의 2차 상 코일 권선(L1-1, L4-1)(도 30a) 또는 (L1-1, L3-1)(도 30b)을 포함한다. 하나 이상의 2차 상 권선(코일)(2차 권선이라고 지칭됨)이, 모터가 시동될 때, 저전압 전력 서플라이를 DC 전력 서플라이로 제공한다. 하나 이상의 2차 상 권선(코일)이 고주파수 노이즈 필터로서 동작하여 DC 전력 서플라이로 제공되는 저전력 전압에서 고주파수 노이즈를 필터링할 수 있다. 2차 권선이 임의의 곳에 배치될 수 있는데, 가령, 제1(L1) 및 제4(L4) 분할 상 권선 사이에 균등하게, 즉, 모두 하나의 극으로 배치되거나, 제1(L1) 및 제4(L4) 분할 상 권선 사이에 균등하지 않게, 가령, 2차 권선 상에 또 다른 2차 권선보다 더 많은 턴(turn)수 또는 코일이 있도록 배치될 수 있다. 2차 권선은 제1 (L1), 제2 (L2), 제3 (L3), 및 제4 (L4) 분할 상 권선 중 임의의 것들 사이의 임의의 곳에, 균등하게 또는 균등하지 않게 배치될 수 있다.

스테이지 1 전력 스위치(들) 회로

전력 스위치 블록이 전파 브리지 정류기 BR1 및 MOSFET Q1을 가진다. 전파 브리지 정류기 BR1은 어떠한 음의 전압도 MOSFET Q1의 드레인(상부)로 공급되지 않을 것을 보장하고 어떠한 양의 전압도 MOSFET Q1의 소스(하부)로 공급되지 않을 것임을 보장하여, 저항기 R1 또는 개별 게이트 드라이브 회로를 통해 MOSFET Q1의 게이트 상의 양의 전압에 의해 바이어스될 때 전류가 MOSFET Q1의 드레인에서 소스로만 흐를 수 있도록 한다. 도 31의 예시에서, 동시에 양의 정류된 AC 전압이 MOSFET Q1의 드레인에서 존재하고, MOSFET Q1은 저항기 R1을 통해 동일한 전압 신호에 의해 바이어스된다. MOSFET Q1의 게이트 상의 어떠한 전압도 -0.7VDC보다 클 것임을 보장함으로써(이보다 낮은 것은 MOSFET Q1를 손상하거나 파괴할 수 있기 때문), 다이오드 D1은 MOSFET Q1의 게이트를 보호한다. 앞서 기재된 예시에서, 게이트는 드레인 전압에 의해 구동된다. 이 유형의 구성에서, MOSFET Q1이 여기될 때, 게이트 구동 신호를 붕괴시켜, MOSFET Q1이 드레인에서 소스로의 가장 높은 저항(Rds (on))에서와 같이 동작하게 한다. 저항이 더 높기 때문에, MOSFET Q1 양단에서의 전압 강하가 더 높고, 이는 모터 분할 상 권선(코일)(L1-L4)로의 전력으로부터 직접 얻어진다. 단순한 게이트 드라이버 회로를 추가함으로써 MOSFET Q1의 게이트로의 전압이 증가되고 Rds(on)이 감소된다. 이산 구성요소를 이용하는 게이트 드라이버의 예시가 도 32에 도시된다. 저항기 R1 및 R12, 제너 다이오드 Z1, 및 다이오드 D1 및 D2가 단순한 게이트 드라이버를 구성한다.

도 30a-30b를 다시 참조하면, 커패시터가 MOSFET Q1의 게이트에서 MOSFET Q1의 소스로 연결되어, DC 전압 레벨을 유지하는 데 도움이 될 수 있다. 게이트 드라이버의 입력이 모터 분할 상 권선(코일)의 다른 측부에 연결되기 때문에, (전압 라인 인) / (활성 코일의 수)와 거의 동일한 전압의 차이가 존재한다. 도 32의 예시에서, 라인 인이 120VAC인 경우, 동일한 값을 갖는 2개의 활성 코일이 존재하기 때문에, 게이트 드라이버의 입력에서의 전압이 각각 120/2 = 60볼트이다.

제너 다이오드 Z1이 더 높은 전압을 조절하고 MOSFET의 정규 동작 번위 내의 값일 것이다. 제너 다이오드 Z1이 제너 다이오드의 전압 정격과 동일한 전압의 크기를 조절할 것이며, 정격 제너 다이오드 전압보다 높은 전압이 제너 다이오드 양단에서 강하된다. 제어 다이오드 Z1이 전압 레귤레이터로서 동작할 수 있다. 이 경우, 전압은 MOSFET Q1의 동작 전압 내에 있도록 조절된다.

도 31의 예시와 유사한 구성에서, MOSFET Q1 양단의 전압 강하가 약 5볼트 또는 MOSFET Q1을 바이어스로 유지하기에 충분할 수 있다. 도 32의 예시에서, MOSFET Q1 양단의 전압 강하가 1 볼트 미만일 수 있다.

스테이지 2 전력 스위치(들) 회로

스테이지 2 전력 스위치(들) 회로의 목적이 가능한 가장 효율적인 방식으로 모터를 구동시키는 것이다. 스테이지 2는 1 입력 사이클 내에 스위치 오프 및 온 또는 온 및 오프할 것이 거의 요구되지 않기 때문에, 이는 매우 단순하게 동작하도록 설계될 수 있다. 로직/모터 제어기를 제어하기 위해 스테이지 1로부터 요구되는 유일한 입력이 동기식 셧 다운 입력, SYNC SD이다. SYNC SD 입력이 이의 게이트를 소스로 끌어 당김으로써 스테이지 1 MOSFET Q1을 셧 다운할 수 있다. SYNC SD 입력이 또한 사용되어 모터 속도가 입력 주파수와 동기되어 실행되는 한 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로를 켤 수 있다. 도 30A-30B의 예시적 회로에서, SYNC SD 입력이 시동에 대해 로직 하이이다. 핀 1 상에서의 전압 레귤레이터 IC2로의 입력 상에서의 주파수에 대한 사이클 시간이 커패시터 C4 및 저항기 R7에 의해 설정된 시간 상수와 매칭될 때, SYNC SD 입력이 개방 콜렉터 출력을 통해 로직 로우가 된다. 전압 레귤레이터 IC2에 의해 동기 속도가 감지되는 한, SYNC SD 입력이 로직 로우가 된다. 모터가 과부하되거나 또는 그 밖의 다른 이유로 모터가 "동기 상태에서 벗어"나는 경우, SYNC SD 입력이 로직 로우에서 로직 하이로 다시 스위칭될 것이다. 스테이지 2(가령, 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로)가 셧 오프될 것이고 스테이지 1(가령, 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로)가 동기 속도가 감지될 때까지 동작할 것이다. 스테이지 1이 동작되기 위해 SYNC SD 입력 상 로직 하이를 요구하고 스테이지 2가 동작되기 위해 SYNC SD 입력 상 로직 로우를 요구하기 때문에, 스테이지 1 및 스테이지 2가 도 30a-30b의 예시에서 동시에 여기되지 않을 수 있다.

도 33은 고립된 입력, 트리악 출력, 솔리드 스테이트 릴레이(SSR)(SSR1)를 이용하는 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로의 버전을 도시한다. 이 구성은 단 2개의 구성요소만 요구한다. SSR 입력 LED의 애노드가 전류 제한 저항기 R2를 통해 양의 전압 VCC로 연결된다. SSR 입력 LED의 캐소드가 SYNC SD 입력으로 연결된다. SYNC SD 입력이 로직 로우로 스위칭될 때, 전류에 대한 경로가 입력 LED를 통해 완료되고 SSR이 켜진다. 마찬가지로, SYNC SD 입력이 로직 하이일 때 입력 LED를 통한 전류에 대해 어떠한 경로도 없고 SSR이 꺼진다.

도 34는 이산 구성요소를 이용한 전력 스위치(들) 회로의 SSR를 대체하는 회로를 도시한다. 도 34의 회로는 스테이지 1 전력 스위치(들) 회로와 매우 유사하게 동작한다. 한 가지 차이점은 높은 값 저항기 R14가 스위치 Q2의 드레인과 스위치 Q6의 베이스 사이에 연결되기 때문에, 전력 스위치(들) 회로가 스테이지 2에 대해 일반적으로 오프(off)라는 것이다. 스위치 Q2의 드레인 상에 양의 전압이 존재할 때, 스위치 Q6가 여기되고, 이는 스위치 Q2의 게이트를 이의 소스로 단락시켜, 스위치 Q2를 끈다. 또 다른 차이는 아이솔레이터 ISO1을 통한 전력 스위치(들) 회로로의 고립된 입력이다. 아이솔레이터 ISO1로의 입력이 앞서 기재된 SSR(SSR1)로의 입력과 동일하게 동작하며 출력은 개방 콜렉터이다. SYNC SD 입력이 로직 로우로 스위칭될 때, 아이솔레이터 ISO1의 출력이 여기되고, 이는 스위치 Q6의 베이스를 이의 이미터로 스위칭하여 스위치 Q6를 끈다. 스위치 Q6가 꺼질 때, 스위치 Q2의 게이트 상에 임계치 이상의 양의 전압이 존재할 때 스위치 Q2가 동작할 것이다. 또 다른 차이는 스테이지 2 전력 스위치(들) 회로가 고속 스위칭으로 요구되지 않기 때문에 커패시터 C2가 더 높은 값일 수 있다는 것이다. 커패시터 C2의 값이 증가할수록, 게이트 드라이버 회로(다이오드 D1 및 저항기 R6)의 버전이 더 단순해질 것이다.

해당 분야의 통상의 기술자라면 본 발명에 의해 고려되는 앞서 기재된 특정 실시예의 변형을 알 것이다. 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않으며, 이하의 청구범위에 의해 정의된다.

Claims (17)

1. 모터용 회로로서,
   회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 및 상기 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선,
   회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이에 위치하는 직류 전류(DC) 전력 서플라이 - DC 전력 서플라이는 하나 이상의 모터 상 권선으로부터 전달되는 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력으로 변환함 - ,
   상기 회로의 모터 상 권선의 절반부를 형성하는 적어도 2개의 상 권선 사이에 그리고 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 2개의 다른 상 권선 사이에 전기적으로 연결되며 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하는 제1 스테이지 전력 스위치 회로 - 적어도 하나의 전력 스위치는 적어도 2개의 모터 상 권선을 활성화시킴 - ,
   회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이에 전기적으로 연결되며 적어도 하나의 다른 전력 스위치를 포함하는 제2 스테이지 전력 스위치 회로 - 적어도 하나의 다른 전력 스위치는 적어도 2개의 다른 모터 상 권선을 활성화시킴 - , 및
   적어도 하나의 전력 스위치 또는 적어도 하나의 다른 전력 스위치가 온(on)일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴(collapse)되는 것을 막기 위한, DC 전력 서플라이에 연결된 적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소
   를 포함하는, 모터용 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 제어하기 위한 모터 제어기 - 상기 모터 제어기는 (i) 회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이, 및 (ii) 회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부 상의 적어도 두 개의 상 권선들 사이 그리고 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 상의 적어도 두 개의 다른 상 권선들 사이, 중 적어도 하나의 위치에 전기적으로 연결됨 - 를 더 포함하는, 모터용 회로.
3. 제2항에 있어서, 모터 제어기는
   제1 스테이지 전력 스위치 회로를 제어하기 위한 제1 스테이지 모터 제어기, 및
   제2 스테이지 전력 스위치 회로를 제어하기 위한 제2 스테이지 모터 제어기를 포함하는, 모터용 회로.
4. 제2항에 있어서, 모터 제어기는 모터가 동기 속도에 이를 때 제1 스테이지 전력 스위치 회로를 끄고 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 켜는, 모터용 회로.
5. 제4항에 있어서, 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 두 개의 다른 상 권선이 제2 스테이지 전력 스위치 회로가 켜질 때 활성화되는, 모터용 회로.
6. 제2항에 있어서, 제1 스테이지 전력 스위치 회로가 적어도 두 개의 외부 모터 상 권선을 활성화하는, 모터용 회로.
7. 제2항에 있어서, 제2 스테이지 전력 스위치 회로는 적어도 두 개의 내부 모터 상 권선을 활성화하는, 모터용 회로.
8. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소는 모터 상 권선과 전력 스위치 회로 사이의 하나 이상의 저항기, 및 하나 이상의 모터 상 권선과 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위치 회로 중 하나 이상 사이의 하나 이상의 제너(Zener) 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는, 모터용 회로.
9. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소는 AC 전력을 DC 전력 서플라이로 공급하고 전력 스위치 회로를 우회하기 위해 DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결된 적어도 2개의 외부 모터 상 권선 중 적어도 하나로부터의 적어도 하나의 탭을 포함하는, 모터용 회로.
10. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소는 적어도 2개의 외부 모터 상 권선 중 적어도 하나에 대해 권취되고, AC 전력을 DC 전력 서플라이로 공급하고 전력 스위치 회로를 우회하도록 DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 2차 상 코일 권선을 포함하는, 모터용 회로.
11. 제1항에 있어서, 제1 스테이지 전력 스위치 회로는 적어도 하나의 전력 스위치이와 병렬 연결된 전압 레귤레이터를 포함하고, 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on) 및 오프(off)일 때 전류가 전압 레귤레이터를 통해 흐르는, 모터용 회로.
12. 제1항에 있어서, 모터를 더 포함하며, 모터는 동기 속도로, 동기 속도 미만으로, 그리고 동기 속도를 초과하여 동작할 수 있는, 모터용 회로.
13. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소는:
    사이클의 제1 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on)일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위한 제1 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소, 및
    사이클의 제2 부분 동안 적어도 하나의 전력 스위치가 온(on)일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위한 제2 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소를 포함하는, 모터용 회로.
14. 제13항에 있어서, 제1 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소 및 제2 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소 각각은
    외부 모터 상 권선으로부터 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력 서플라이로 공급하며 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 우회하도록 DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결되며, 외부 모터 상 권선으로부터의 탭을 포함하는, 모터용 회로.
15. 제13항에 있어서, 제1 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소 및 제2 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소 각각은 외부 모터 상 권선으로부터 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력 서플라이로 공급하며 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 우회하기 위해, 외부 모터 상 권선에 대해 권취되고 DC 전력 서플라이에 전기적으로 연결되는 2차 상 코일 권선을 포함하는, 모터용 회로.
16. 모터용 회로를 위한 방법으로서,
    회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부를 형성하는 적어도 두 개의 상 권선 및 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부를 형성하는 적어도 두 개의 다른 상 권선을 제공하는 단계,
    회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이에 직류 전류(DC) 전력 서플라이를 연결하는 단계 - DC 전력 서플라이는 하나 이상의 모터 상 권선으로부터 전송된 교류 전류(AC) 전력을 수신하고 AC 전력을 DC 전력으로 변환함 - ,
    회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부 상의 적어도 두 개의 상 권선들 사이 및 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 상의 적어도 두 개의 다른 상 권선들 사이에 제1 스테이지 전력 스위치 회로를 전기적으로 연결하는 단계 - 제1 스테이지 전력 스위치 회로는 적어도 하나의 전력 스위치를 포함하고, 상기 적어도 하나의 전력 스위치는 모터 상 권선 중 적어도 2개의 권선을 활성화시킴 - ,
    회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이에 제2 스테이지 전력 스위치 회로를 전기적으로 연결하는 단계 - 제2 스테이지 전력 스위치 회로는 적어도 하나의 다른 전력 스위치를 포함하며, 상기 적어도 하나의 다른 전력 스위치는 모터 상 권선 중 적어도 2개의 다른 권선을 활성화시킴 - , 및
    적어도 하나의 전력 스위치 또는 적어도 하나의 다른 전력 스위치가 온(on)일 때 DC 전력 서플라이가 붕괴되는 것을 막기 위해 적어도 하나의 비-붕괴 DC 전력 서플라이 구성요소를 DC 전력 서플라이에 연결하는 단계
    를 포함하는, 모터용 회로를 위한 방법.
17. 제16항에 있어서,
    (i) 회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 사이, 및 (ii) 회로의 모터 상 권선의 하나의 절반부 상의 적어도 두 개의 상 권선들 사이와 회로의 모터 상 권선의 나머지 절반부 상의 적어도 두 개의 다른 상 권선들 사이, 중 적어도 하나의 위치에 모터 제어기를 전기적으로 연결하는 단계 - 모터 제어기는 제1 스테이지 전력 스위치 회로 및 제2 스테이지 전력 스위칭 회로를 제어함 - 를 더 포함하는, 모터용 회로를 위한 방법.

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