KR20000019528A - 모터의 전류 리미터 제어장치 및 방법 - Google Patents

모터의 전류 리미터 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 모터에 공급되는 전류를 제한하는 전류 리미터를 모터 회전 속도를 감지하여 제어함으로써 실행 모드별로 모터의 제어를 정밀하게 실행하기 위한 모터의 전류 리미터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어 장치는 모터에 공급되는 전류량을 제한하여 모터를 보호하고, 모터의 구동력을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 상기 모터의 회전 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출부, 상기 주파수 검출부에서 검출된 회전 주파수에 상응하는 전류 리미터 제어 신호를 발생시키기 위한 리미터 제어부 및 상기 전류 리미터 제어 신호에 의하여 상기 모터에 공급되는 전류량을 제한하기 위한 전류 리미터를 포함함을 특징으로 한다.
이에 따라서, 모터의 전류 리미터를 모터의 회전 속도를 감안하여 듀티가 변경되는 펄스폭 변조된 신호(PWM신호)에 의하여 제어함으로써, 부하 상태 또는 모터의 축부하 편차를 최소화하여 모터를 정밀 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

모터의 전류 리미터 제어 장치 및 방법
본 발명은 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 모터에 공급되는 전류를 제한하는 전류 리미터를 모터 회전 속도를 감지하여 제어함으로써 실행 모드별로 모터의 제어를 정밀하게 실행하기 위한 모터의 전류 리미터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모터 제어 장치는 모터를 과전류에서 보호하기 위하여 전류 리미터를 사용한다.
전류 리미터는 제어 단자에 인가되는 제어전압에 의하여 모터에 공급되는 전류를 제한한다. 즉, 전류 리미터는 제어 단자에 문턱값 이하의 전압이 인가되는 경우에는 모터에 공급되는 전류를 차단시키고, 문턱값 이상의 전압이 인가되는 경우에는 인가되는 전압의 크기에 비례하여 모터에 공급할 수 있는 전류값을 증가시킨다.
종래의 기술에 의하면, 전류 리미터의 제어 단자에 일정하게 고정된 전압을 인가하므로써, 실행 모드에 관계없이 모터에 공급되는 전류를 일정한 값으로 제한하였다.
일반적으로 브이티알에 있어서 재생 모드 중의 하나인 슬로우 재생 모드는 일반 재생 모드에 비하여 느린 영상을 디스플레이시키기 위한 특수 재생 모드의 하나로서, 스틸 모드와 일반 재생 모드를 반복하여 실현시킨다.
이 경우 슬로우 실행 모드를 구성하는 일반 재생 모드와 스틸 모드를 반복하여 실행할 때 브레이크의 제어가 필요하며, 일반적으로 모터에 역전압을 일정시간 인가하여 테이프의 이동량을 제어하는데, 이 경우에 부하 상태에 따라서 정지하고자 하는 목표 위치에서 벗어나서 화면의 움직임이 부자연스럽게 디스플레이되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 실행 모드별로 모터의 회전 속도를 감지하여 이에 따라서 모터의 전류 리미터에 의하여 제한되는 전류값을 제어하여 모터 제어를 정밀하게 실행시키기 위한 모터의 전류 리미터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 VTR의 캡스턴 모터 서보 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 슬로우 모드의 제어 흐름도이다.
도 4는 도 3에 도시된 브레이크 인가 단계에서의 전류 리미터 제어 방법의 흐름도이다.
도 5(a)∼5(k)는 도 3에 도시된 흐름도에서의 주요신호의 타이밍도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어 장치는 모터에 공급되는 전류량을 제한하여 모터를 보호하고, 모터의 구동력을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서, 상기 모터의 회전 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출부, 상기 주파수 검출부에서 검출된 회전 주파수에 상응하는 전류 리미터 제어 신호를 발생시키기 위한 리미터 제어부 및 상기 전류 리미터 제어 신호에 의하여 상기 모터에 공급되는 전류량을 제한하기 위한 전류 리미터를 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어 방법은 모터의 전류 리미터를 구비하고, 상기 전류 리미터 제어 신호에 따라서 모터에 공급되는 전류량을 제한함으로써 모터를 보호하고, 모터의 구동력을 제어하는 모터의 전류 리미터 제어 방법에 있어서, (a) 해당 모드별로 상기 전류 리미터 제어 신호인 PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티 값(D0)을 설정하기 위한 단계, (b) 상기 전류 리미터의 제한 전류량을 변동 제어시키기 위한 모드에 해당되는 지를 판단하기 위한 단계, (c) 상기 모터의 회전 주파수(fc)를 검출하기 위한 단계 및 (d) 상기 단계(b)의 판단 결과, 상기 제한 전류량을 변동 제어시키기 위한 모드에 해당되는 경우에 상기 단계(a)에서 설정된 D0를 상기 fc의 값을 반영하여 변동시키기 위한 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용된 브이티알의 캡스턴 서보 블럭의 구성도로서, 발진부(101), 분주회로(102,104,108), 컨트롤 헤드(103), 위상 제어부(105), 캡스턴 모터(106), C.FG 신호 발생부(107), 속도 제어부(109), 구동 앰프(110), 시스템 제어부(111), 주파수 검출부(112), 리미터 제어부(113), 저역통과필터(114), 전류 리미터(115)로 구성된다.
우선, 캡스턴 모터 내부에 내장된 C.FG(Frequency Generator) 신호 발생부(107)에서 캡스턴 모터의 회전 속도에 비례한 주파수를 갖는 신호(C.FG 신호)를 발생시키며, 이 C.FG 신호를 이용하여 일반 재생 모드에서의 캡스턴 모터의 속도 제어를 실행한다.
캡스턴 모터의 속도를 제어하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
분주회로(108)에 의하여 C.FG 신호가 구형파 신호로 변환되며, 속도 제어부(109)에서는 구형파 C.FG 신호를 지연시킨 다음에, 지연된 C.FG 구형파 신호를 이용하여 C.FG신호와 일정 타이밍 관계를 유지하는 사다리꼴의 펄스에서 C.FG 구형파 신호의 펄스 폭에 비례하는 전압을 샘플링하고, 샘플링된 전압을 홀딩하여 구동 앰프(110)로 출력하여 캡스턴 모터(106)의 속도를 제어한다.
다음으로 일반 재생 모드에서 캡스턴 모터의 위상을 제어하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
발진부(101)에서 발진되는 정확한 신호를 분주회로(102)에 의하여 분주시킨 다음에 위상 제어부(105)로 입력시킨다. 그리고, 컨트롤 헤드(103)에서 검출되는 컨트롤 신호를 분주회로(104)에 의하여 분주시킨 다음에 위상 제어부(105)로 입력시킨다.
위의 발진부(101)에서 발생되어 분주된 발진 신호는 캡스턴 모터의 위상 제어뿐만 아니라, 드럼 모터의 위상 제어에도 공통으로 사용된다.
따라서, 분주된 발진 신호는 비디오 헤드와 캡스턴 모터로 구동한 테이프의 위치 관계를 일정하게 유지시켜 주는 역할을 한다.
위상 제어부(105)에서는 분주된 발진 신호의 포지티브(또는 네가티브) 엣지에서부터 사다리꼴 펄스를 발생시키고, 컨트롤 신호를 분주하여 샘플링 펄스를 발생시킨다. 그런 다음에 사다리꼴 펄스에서 샘플링 펄스에 의하여 샘플링을 한 후에, 이 전압을 홀딩하여 기준 전압과의 차전압인 에러 전압을 속도 제어부(109)로 출력한다.
그러면 속도 제어부(109)에서는 캡스턴 모터 속도 제어 루프에서 발생되는 샘플링 홀드된 전압을 이용하여 속도 제어를 실행하고, 위상 제어부(105)에서 발생되는 에러 전압을 속도 제어용 전압에 더하여 위상을 제어한다.
속도 제어부(109)에서 출력되는 에러 전압은 구동 앰프(110)에 의하여 모터 구동 전압 및 전류로 변환되어 전류 리미터(115)에 인가된다.
주파수 검출부(112)에서는 C.FG신호 발생부(107)에서 발생되는 C.FG신호의 주파수를 검출하여 리미터 제어부(113)로 출력한다.
그러면, 리미터 제어부(113)에서는 실행 모드별로 설정된 제어 함수에 의하여 C.FG신호의 주파수에 따라서 펄스의 듀티를 달리하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 형태로 전류 리미터 제어신호를 발생시킨다. 그리고, PWM신호 형태의 전류 리미터 제어신호는 저역통과필터(114)에 의하여 정류된 후에 전류 리미터(115)로 출력된다.
이에 따라서, 전류 리미터(115)에서는 구동 앰프(110)에서 출력되는 구동 전압을 입력받아 정류된 리미터 제어신호에 의하여 캡스턴 모터(106)에 공급되는 전류량을 제한시킨다.
즉, 전류 리미터(115)에 의하여 모터에 공급되는 전류 제한값을 모터의 회전 속도에 따라서 변경시켜 모터의 동작을 정밀하게 제어할 수 있게 되었다.
다음으로 도 2의 흐름도를 참조하여 본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어 방법을 설명하기로 한다.
단계201에서는, 해당 모드별로 전류 리미터의 제어 신호인 PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티 값(D0)을 설정한다.
단계202에서는, 현재의 실행 모드를 판단한다.
단계203에서는, 모터의 회전 주파수(fc)를 검출한다. 일 예로 모터에 부착된 마그네틱 소자에 의하여 검출되는 FG 신호의 주파수를 판단하여 모터의 회전 주파수(fc)를 검출할 수 있다.
단계204에서는, 실행 모드별로 설정된 제어 함수에 의하여 C.FG신호의 주파수에 따라서 펄스의 듀티가 변경되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 형태로 전류 리미터 제어신호를 발생시킨다.
그러면, 일 예로 VTR의 순방향 슬로우 모드에서의 모터의 전류 리미터 제어 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 순방향 슬로우 재생 모드의 제어 흐름도이다.
단계301에서는, 슬로우 재생 모드의 배속(1/N), 1필드 구간을 이동시키기 위한 C.FG 신호의 개수(C1, C2)를 초기 설정한다.
C1은 슬로우 재생 모드를 구성하는 재생 모드의 1필드 실행 구간 길이를 판단하기 위하여 포지티브 컨트롤 펄스 발생시점부터의 캡스턴 브레이크 전압을 인가시키기 위한 시점까지의 구간인 ST1[도 5(e) 참조] 동안에 발생되는 C.FG 펄스의 개수에 해당되며, C2는 네가티브 컨트롤 펄스 발생시점부터의 캡스턴 브레이크 전압을 인가시키기 위한 시점까지의 구간인 ST2[도 5(e) 참조] 동안에 발생되는 C.FG 펄스의 개수에 해당된다.
단계302에서는, 현재의 실행 모드가 순방향 슬로우 재생 모드에 해당되는지를 판단한다.
단계303에서는, 단계302의 판단 결과 순방향 슬로우 재생 모드에 해당되는 경우에, 슬로우 모드를 구성하는 스틸 모드를 실행한다.
단계304에서는, 단계302의 스틸 모드를 실행하면서 드럼의 회전수(T)를 카운팅하여 (N-1)/2에 도달되었는지를 판단한다. 이는 드럼의 1/2회전이 1필드에 해당되며, 본 발명과 같은 1/N배속 필드 슬로우 재생의 모드에서는 1필드의 재생 모드와 (N-1)필드의 스틸 모드로 이루어지기 때문이다.
단계305에서는, 단계304의 판단 결과 스틸 모드의 실행을 드럼의 회전수(T)가 (N-1)/2에 도달된 만큼 실행된 것으로 판단된 경우에, 1필드동안 재생 모드를 실행시키기 위하여 캡스턴 모터를 기동시킨다.
단계306에서는, 단계305에 의하여 도 5(c)의 K1구간만큼 캡스턴 모터를 초기 기동시킨 후에 속도 및 위상 제어를 실행시킨다.
단계307에서는, 슬로우 재생 모드를 구성하는 1필드 재생 모드 실행 중에 도 5(e)와 같은 컨트롤 펄스가 발생되는 것을 판단한다.
단계308에서는, 단계307의 판단 결과 컨트롤 펄스가 발생된 것으로 판단된 경우에, 카운터를 동작시켜 C.FG 펄스의 개수를 카운팅한다.
단계309에서는, 단계307에서 검출된 컨트롤 펄스가 포지티브 펄스인지를 판단한다.
단계310에서는, 단계309의 판단 결과 검출된 컨트롤 펄스가 포지티브 펄스인 경우에, 카운터의 값(C)이 단계301에서 설정한 C1에 도달되었는지를 판단한다.
단계311에서는, 단계309의 판단 결과 검출된 컨트롤 펄스가 네가티브 펄스인 경우에, 카운터의 값(C)이 단계301에서 설정한 C2에 도달되었는지를 판단한다.
단계312에서는, 단계310 또는 단계311의 판단 결과 카운터의 값(C)이 각각 C1또는 C2에 도달된 경우에, 도 5(d), 5(e)에 도시된 바와 같이 캡스턴 모터를 정지시키기 위하여 역 전압에 해당되는 브레이크 전압을 인가시킨다. 이는 카운터의 값이 1필드 재생 모드를 실행한 것에 해당되기 때문이다. 브레이크 제어는 초기에는 B1구간 동안 강 브레이크를 인가하고 나서 약 브레이크를 인가한다. 그리고, 도 5(h), 5(i)에 도시된 바와 같이 정방향 회전 및 역방향 회전에 따라서 C.FG1 펄스와 C.FG2 펄스의 위상을 달리하는 것을 이용하여 C.FG1 펄스와 C.FG2 펄스의 위상이 바뀌는 순간까지의 구간인 B2구간 동안 약 브레이크를 인가하고 나서, 도 3(d)에 도시된 것과 같이 B3구간 동안 역전 보상을 실행한다.
단계312에 의하여 캡스턴 브레이크 전압을 인가시키고 나서, 단계302로 되돌아가서 위의 단계들을 반복한다.
위의 단계 중에서 단계303 및 단계312에서 모터에 브레이크 전압을 인가하는 단계이다. 그러면 이 단계에서 본 발명에 의한 모터의 전류 리미터 제어에 의하여 모터를 정밀하게 제어하는 방법을 도 4의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.
단계401에서는, 슬로우 모드에서의 전류 리미터 제어 신호인 PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티 값(D0) 및 모터의 회전 속도에 따라 듀티를 변경시키기 위한 비례상수(K0)를 설정한다.
단계402에서는, 슬로우 모드에서의 브레이크 인가 구간(TBRK)인지를 판단한다. 이는 도 5(f)에 도시된 모터의 순방향/역방향 제어 신호(CAP F/R)를 이용하여 판단할 수 있다.
단계403에서는, 단계402의 판단 결과 브레이크 인가 구간(TBRK)에 해당되는 경우에 모터의 회전 주파수(C.FG신호의 주파수 : fc)를 검출한다.
단계404에서는, C.FG신호의 주파수(fc)에 따라서 전류 리미터 제어신호인 PWM(Pulse Width Modulation) 신호의 듀티를 변경시켜 모터의 전류 제한값을 변경시킨다. 즉, 브레이크 인가 구간에서 전류 리미터 제어신호의 펄스 듀티를 모터의 회전 속도에 비례하여 변경시킨다. 모터의 회전 속도에 따라 변경된 전류 리미터에 의한 제한 전류 파형을 도 5(k)에 도시하였다.
단계405에서는, 단계402의 판단 결과 브레이크 인가 구간(TBRK)에 해당되지 않는 경우에 전류 리미터 제어신호의 펄스 듀티를 단계401에서 초기 설정된 D0값으로 결정하여 전류 리미터를 제어한다.
이로 인하여 브레이크 인가 구간에서는 브레이크 인가 전압뿐만 아니라 동시에 모터에 공급되는 전류량을 모터의 회전 속도를 감안하여 제한함으로써 정지하고자 하는 목표 위치에서 정확히 정지할 수 있게 제어할 수 있게 되었다.
이와 같은 동작에 따르면 모터의 전류 리미터의 제어전압을 모터의 회전 속도에 따라서 변경시킴으로써, 데크의 부하 상태, 모터의 축부하 또는 토오크(torque)의 편차에 의한 영향을 최소화하여 모터를 정지시키고자 하는 위치에 정확히 정지시킬 수 있게 되었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 모터의 전류 리미터를 모터의 회전 속도를 감안하여 듀티가 변경되는 펄스폭 변조된 신호(PWM신호)에 의하여 제어함으로써, 부하 상태 또는 모터의 축부하 편차를 최소화하여 모터를 정밀 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 모터에 공급되는 전류량을 제한하여 모터를 보호하고, 모터의 구동력을 제어하는 모터 제어 장치에 있어서,
    상기 모터의 회전 주파수를 검출하기 위한 주파수 검출부;
    상기 주파수 검출부에서 검출된 회전 주파수에 상응하는 전류 리미터 제어 신호를 발생시키기 위한 리미터 제어부; 및
    상기 전류 리미터 제어 신호에 의하여 상기 모터에 공급되는 전류량을 제한하기 위한 전류 리미터를 포함함을 특징으로 하는 모터의 전류 리미터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리미터 제어부는 실행 모드별로 설정된 제어 함수에 의하여 상기 검출된 회전 주파수에 따라서 펄스의 듀티를 달리하는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 전류 리미터 제어신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 모터의 전류 리미터 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 리미터 제어 신호는 브레이크 인가 구간에서 상기 주파수 검출부에서 검출된 회전 주파수에 비례하여 상기 모터에 공급되는 전류량을 제한하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 모터의 전류 리미터 제어 장치.
  4. 모터의 전류 리미터를 구비하고, 상기 전류 리미터 제어 신호에 따라서 모터에 공급되는 전류량을 제한함으로써 모터를 보호하고, 모터의 구동력을 제어하는 모터의 전류 리미터 제어 방법에 있어서,
    (a) 해당 모드별로 상기 전류 리미터 제어 신호인 PWM(Pulse Width Modulation)의 듀티 값(D0)을 설정하기 위한 단계;
    (b) 상기 전류 리미터의 제한 전류량을 변동 제어시키기 위한 모드에 해당되는 지를 판단하기 위한 단계;
    (c) 상기 모터의 회전 주파수(fc)를 검출하기 위한 단계; 및
    (d) 상기 단계(b)의 판단 결과, 상기 제한 전류량을 변동 제어시키기 위한 모드에 해당되는 경우에 상기 단계(a)에서 설정된 D0를 상기 fc의 값을 반영하여 변동시키기 위한 단계를 포함함을 특징으로 하는 모터의 전류 리미터 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계(d)의 D0는 브레이크 인가 구간에서 상기 fc의 값에 비례하여 상기 모터에 공급되는 전류량을 제한하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 모터의 전류 리미터 제어 방법.
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