KR20010036941A - 세탁기의 전압 감지 회로부 이상 진단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세탁기의 제동시 시스템에 흐르는 전압을 감지하는 전압 감지부에 이상이 있을 경우 전압 감지부의 이상에 대한 정보를 외부로 알려주기 위한 전압 감지부 이상 진단 방법에 관한 것이다.

특히, 제동시 시스템의 과전압을 방출시키는 제동 저항 대신에 소프트웨어적으로 시스템의 과전압을 감지하는 동시에 전압 공급부와 모터를 통해 과전압을 주기적으로 충전 및 방전시키는 전압 제어회로에 있어서 전압 감지부 이상을 진단하기 위해 시스템에서 허용하는 전압 범위를 시스템에 설정해 놓고, 감지된 전압이 허용 전압범위내에 있을 경우에는 일반적인 제동 과정을 수행할 수 있도록 하고, 감지 전압이 허용전압 범위 밖에 있을 경우에는 시스템 동작을 종료함과 아울러 외부로 전압감지부의 에러를 표시 할 수 있게 되어 있다.

이에 따라 시스템 내부회로의 손상방지는 물론 전압감지부의 오동작에 대한 정보를 사용자에게 알려주므로써 고장수리시 시간을 단축할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

세탁기의 전압 감지 회로부 이상 진단 방법 { Method for error detecting of Voltage detection circuit in Washing Machine }

본 발명은 세탁기의 제동 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 세탁기의 제동시 시스템에 흐르는 전압을 감지하는 전압 감지부의 이상 유무를 감지하여 전압 감지부 오작동시 시스템을 종료시키고 외부로 이상 발생에 대한 정보를 알려 주는 세탁기의 전압 감지부 이상 진단 방법에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 인버터 세탁기는 도1에 도시된 바와 같이 외부에서 시스템으로 공급되는 AC 전원을 DC 전압으로 변환하여 출력하는 정류부(1); 상기 정류부(1)를 통해 DC 전원이 공급되면 모터(M)를 구동 제어할 수 있도록 전압을 발생시키는 모터 구동부(2); 세탁기의 제동시 시스템에 흐르는 전압을 감지하여 감지전압(Vdc)을 출력하는 전압 감지부(3); 전압 감지부(3)의 감지 전압(Vdc)과 시스템에서 이미 정해진 기준전압(Vref)을 비교하는 전압 비교부(4); 전압 비교부(4)의 비교 결과에 따라 제동 저항(R)의 온/오프를 결정하는 스위칭부(5); 상기 모터(M)의 회전 위치, 속도와 같은 동작 상태를 감지하는 센서(6); 상기 센서(6)로부터 제어 신호를 입력받아 상기 모터 구동부(2)를 논리적으로 제어하는 마이컴(7)으로 구성된다.

일반적으로, 세탁기의 행정은 세탁행정,헹굼행정,탈수행정의 순으로 이루어지는데, 특히 탈수 행정시에 세탁기의 뚜껑이 갑자기 열리거나 세탁조의 불균형 상태로 인해 탈수 과정을 급격히 정지시켜야 할 경우가 발생하게 되면 시스템에서는 모터(M)를 급정지시키도록 되어 있다.

이때, 상기 모터(M)는 부정류자(Brushless Dc Motor)로서 정상적인 세탁 운전시 시스템측에서 보면 부하가 되므로 정류부(1)로부터 모터(M)측으로 전류가 방전되는 방향(I-)으로 흐르게 되지만, 고속 회전 도중 모터(M)를 급정지 시키게 되면 모터(M) 자체가 발전기가 되어 모터(M)에서 발생되는 역기전력으로 인해 전류가 충전되는 방향(I+), 즉 전류가 모터(M)에서 정류부(1)쪽으로 흐르게 되어 정류부(1)의 전압 레벨이 급상승하게 된다.

이렇게 정류부(1)로 충전되는 역전류를 방전시키지 않으면 DC 전압 레벨이 무제한적으로 상승되어 시스템 내부 회로의 내압을 초과하게 되어 시스템 전체의 손상을 초래하게 된다. 따라서 시스템에 흐르는 과전압을 방출시키기 위해 전압 감지부(3), 전압 비교부(4), 스위칭부(5), 제동 저항(R)과 같은 제동 수단들이 필요하게 된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 세탁기의 제동 제어 회로의 동작을 도 1을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 외부에서 교류(AC)전원이 공급되게 되면 정류부(1)에서 이를 직류(DC)전압으로 변환하고, 모터 구동부(2)에서는 정류부(1)의 상기 변환된 DC전압을 전달받아 모터(M)를 구동시키게 된다.

회전중인 모터(M)가 급정지하면 전압 감지부(3)에서는 상기 정류부(1)와 상기 모터(M)사이의 전압을 감지하는 동시에 그 감지 전압(Vdc)을 전압 비교부(4)에 전달하게 된다.

상기 전압 비교부(4)는 시스템에서 이미 설정한 기준전압(Vref)과 상기 전압 감지부(3)에서 감지된 감지전압(Vdc)을 비교하여 그 비교결과를 스위칭부(5)에 전달하게 된다.

상기 스위칭부(5)에서는 상기 전압 비교부(4)의 비교 결과가 감지전압(Vdc)이 상기 기준전압(Vref)을 초과한다고 판단된 경우에는 제동 저항(R)을 온 동작시키게 된다. 상기 제동 저항(R)이 동작되면 상기 정류부(1)와 상기 모터(M)사이에 흐르는 과전압이 상기 정류부(1)로 흐르지 않고 제동 저항(R)을 통과하게 되므로 시스템에 흐르는 필요 이상의 과전압이 열에너지 형태로 방출됨으로써 시스템을 일정 전압 레벨로 유지시킬 수 있다.

이때 상기 전압 감지부(3)는 지속적으로 시스템의 전압 레벨을 감지하게 되는데 상기 정류부(1)와 모터(M)사이의 감지 전압이 시스템에서 이미 설정한 기준전압 (Vref)이하라고 판단한 경우에 상기 제동 저항(R)을 오프 동작시킴으로써 상기 제동 저항(R)으로는 더 이상 전류가 흐르지 않고 정류부(1)로만 전류를 흘리게 된다.

그러나 상기에서 설명한 바와 같이 종래의 경우에는 시스템의 전압 레벨을 하드웨어적으로 제어하기 때문에 회로설계가 복잡해지고, 모터(M)의 제동 저항(R)을 통해 모터(M)에서 정류부(1)로 충전되는 에너지를 열에너지로 방출시키는 원리를 이용하게 되므로 결국 세탁기의 용량이 대형화되면 이에 따라 제동 저항의 용량도 커지게 되므로 부품 설치가 복잡해 질 뿐만 아니라 제품 원가도 상승하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 세탁기의 제동시 시스템의 과전압을 방출시키는 제동 저항 대신에 소프트웨어 적으로 시스템의 과전압을 감지하는 동시에 전압 공급부와 모터를 통해 과전압을 주기적으로 충전 및 방전시킴으로써, 간단한 회로 구성으로 제동 저항의 용량을 현저히 줄이거나 제동 저항을 제거할 수 있어 설치가 간편해지고, 제동시 시스템의 전압 레벨 안정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 또한 제품 원가를 낮추는데 그 목적이 있다.

또한 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 시스템의 전압을 제어하는 회로에서 발생할 수 있는 전압 감지부의 이상 유무를 감지하는 방법을 제공하여 전압 감지부의 오류로 인해 발생할 수 있는 시스템 내부 회로의 손상을 방지하고 전압 감지부 오류에 대해 외부에서 쉽게 인식할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 세탁기 전압 감지부 이상진단 방법을 구현하는 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도.

도 3은 도 2의 모터 구동부의 상세 회로도 및 전류 흐름도.

도 4는 도 2의 전압 감지부의 일실시예를 보여주는 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 세탁기의 전압 감지부 이상 진단 방법이 도시된 흐름도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1.......정류부 10......전압 공급부

2,20....모터 구동부 3,30....전압 감지부

4.......전압 비교부 5.......스위칭부

6,40....센서 7,50....마이콤

M.......모터 R.......제동 저항

R1,R2...저항 Q1~Q6...트랜지스터

D1~D6...다이오드

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1특징은 세탁기의 전압 감지부 이상 진단 방법은 모터의 회전 속도 및 위치를 감지하여 감지된 회전 속도 및 위치에 따라 초기 듀티비를 설정하고, 시스템의 전압 허용 범위를 설정하는 초기 데이타 설정 단계; 시스템에 흐르는 전압을 감지하여 감지된 전압이 상기 단계에서 설정한 전압 허용 범위내에 있는지 여부를 판단하는 단계; 그리고 상기 감지 전압이 상기 설정된 전압 허용 범위 밖이라면 시스템 동작 종료와 함께 외부로 에러 신호를 발생하는 단계를 포함 하는 것에 있다.

또한 본발명에 따른 제 2특징은 상기 감지전압이 전압 허용 범위내에 있다면 감지 전압과 기준전압을 비교하는 단계; 그리고 상기 감지 전압과 기준전압과의 비교결과에 따라 듀티비를 재설정하는 단계를 더 포함하는 것이며,

제 3특징은 상기 듀티비 재설정 단계에서 감지전압이 기준 전압을 초과하면 시스템의 전압을 방전시키는 방향으로(I-), 그리고 상기 감지 전압이 기준전압을 초과하지 않으면 시스템의 전압을 충전시키는 방향으로(I+) 듀티비가 재설정 되는 것에 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 방법을 구현하는 세탁기의 제동 회로 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이며, 도 3은 도2의 일부 구성인 전압 공급부와 모터 사이의 전압을 충전 및 방전시키기 위해 구성된 모터 구동부를 상세히 보여주기 위한 도면이다.

먼저 도2 및 도3을 참조하면 본 발명은, 외부에서 공급되는 AC전원을 DC전압으로 변환하고, 캐패시터를 이용하여 모터(M)에 전압을 공급하는 전압 공급부(10); 상기 전압 공급부(10)와 모터(M) 사이에 연결되어 모터(M)로 유입 및 방출되는 전류의 흐름을 제어하면서 모터(M)를 구동시키기 위해 다수의 트랜지스터(Q1,Q2,Q3, Q4,Q5,Q6)와 다수의 다이오드(D1,D2,D3,D4,D5,D6)로 구성된 모터 구동부(20); 상기 전압 공급부(10)와 상기 모터 구동부(20) 사이의 전압을 감지하여 감지전압(Vdc)을 발생시키기 위해 구성된 전압 감지부(30); 상기 모터(M)의 위치 및 속도 등 동작 상태를 감지하기 위한 센서(40) ; 상기 센서(40)의 출력과 상기 전압 감지부 (30)의 출력을 입력으로 받아 상기 전압 공급부(10)와 상기 모터(M) 사이의 충전, 방전 동작을 통해 일정 레벨의 전압을 유지하도록 제어 신호를 상기 모터 구동부(20)으로 출력하는 마이컴(50)을 포함하여 구성된다. 특히, 상기 모터 구동부(20)는 트랜지스터(Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)과 다이오드(D1,D2,D3,D4,D5,D6)가 각각 1:1 병렬로 연결되어 있고 각 트랜지스터의 베이스는 상기 마이컴(50)의 제어 신호를 입력으로 받는다.

상기와 같이 구성된 세탁기의 제동 제어 회로에 의한 동작은 다음과 같다.

외부에서 상용전원(AC)이 전압 공급부(10)에 입력되면 상기 전압 공급부(10)에서는 외부로부터 입력된 AC전원을 DC전원으로 변환하여 이를 모터 구동부(20)로 출력하게 된다. 상기 모터 구동부(20)는 상기 전압 공급부(10)으로부터 DC전압을 인가받아 주파수가 같고 위상이 다른 3개의 기전력에 의해 3상 교류전압을 만들어 상기모터(M)에 인가하여 그 모터(M)를 구동하게 되고, 모터(M)의 회전력에 의해 세탁기는 세탁, 헹굼, 탈수의 행정을 수행하게 된다.

그러나 세탁기의 탈수 행정시에 세탁기의 뚜껑이 열리거나 세탁조의 언벨런스로 인해 탈수 과정을 갑자기 정지시켜야 할 경우가 발생하게 되면 시스템에서는 모터(M)를 급정지시키게 된다. 이때 상기 모터(M)의 급정지로 인해 상기 모터(M)에서 발생되는 역기전력에 의해 시스템에 과도한 전압이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 과도전압을 상기 전압 공급부(10)과 상기 모터(M)사이의 전압 충전, 방전 동작을 통해 처리하게 되는데, 이에 대해 도 3을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 모터구동부(20)는 3상 교류의 전압과 주파수를 가변하여 3상 유도 전동기의 속도를 제어하는 인버터로 구성되는데, 먼저 모터(M) 구동시에는 마이콤(50)으로부터 제어신호를 상기 모터 구동부(20)를 구성하는 트랜지스터 (Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)의 베이스에 인가하여 전류가 전압 공급부(10)에서 모터(M)쪽으로 흐르도록 (I- 방향) 상기 트랜지스터들을 선택적으로 온/오프 시켜 전류 패스를 만들어 준다. 이때는 전압이 상기 전압 공급부(10)에서 상기 모터(M)로 공급되어 모터(M)를 구동하게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이 탈수 행정시 세탁기의 뚜껑을 열거나, 세탁기의 언밸런스 감지등 세탁기를 급제동할 경우가 생기게 되면 상기 모터(M)를 급정지시키게 되는데, 상기 모터(M)의 급정지에 따라 모터(M)에서 역기전력이 발생하게 되고 상기에서 설명한 바와 같이 상기 전압 공급부(10)에서 상기 모터(M)쪽(I-방향)으로 전류가 흐르도록 온/오프 되었던 트랜지스터들이 반대로 오프/온 되어 각 트랜지스터에 병렬로 연결된 다이오드(D1,D2,D3,D4,D5,D6)들을 통해 회생 에너지가 상기전압공급부(10)쪽으로 전달되어 전류의 방향이 모터(M)에서 전압 공급부(10)쪽(I+ 방향)으로 바뀌게 되어 모터(M)의 역기전력에 의해 발생된 전압이 상기 전압 공급부(10)에 충전되게 된다.

이때 마이컴(50)에서는 상기 전압 감지부(30)의 감지 전압과 모터(M)의 속도 및 위치를 감지하는 센서(40)의 제어 신호를 지속적으로 입력받아 PWM (Pulse Width Modulation) 방식의 듀티를 발생시켜 상기 모터 구동부(20)로 공급하게 된다. 상기 모터 구동부(20)는 마이컴(50)으로부터 인가되는 PWM 듀티에 따라 상기 모터구동부 (20)의 트랜지스터들 (Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6)이 선택적으로 온/오프 되어 전류가 흐를수 있는 통로를 만들어 줌으로써 전류 방향을 모터(M)에서 전압 공급부로(I+방향), 또는 전압 공급부(10)에서 모터(M)로 (I-방향)으로 바꿔주게 된다. 즉, 모터(M) 급정지시 전압이 전압 공급부(10)를 기준으로 하여 충전 또는 방전되도록 하여 제동 저항 없이도 상기 전압 공급부(10)의 전압이 항상 일정 수준을 유지할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 소프트웨어적으로 제동할 경우 마이컴(50)에서 시스템의 전압과 감지된 모터(M)의 위치 및 속도에 상응하는 PWM 듀티를 발생시켜 모터 구동부(20)를 제어하기 때문에 시스템의 정확한 전압 감지가 매우 중요하다.

일반적으로, 전압 감지부(30)는 도 4에 도시한 바와 같이 직렬 연결된 저항 (R1,R2)으로 구성되고 특정 노드의 전압을 측정함으로써 시스템의 전압을 감지하게 되는데, 본 발명에서는 상기 전압 감지부(30)의 이상 유무를 진단하는 방법을 채용하여, 모터(M)의 회전 속도 및 위치에 따라 충전 및 방전량을 제어하기 위해 모터(M)의 회전 속도 및 위치를 감지하고 그 감지된 값으로부터 듀티비를 조정하여 충전량과 방전량을 결정한다. 이를 도 5의 흐름도를 참조로하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 S1단계에서는 모터(M)의 회전속도 및 위치를 감지하여 그 감지된 회전 속도 및 위치에 대응한 초기 듀티비 및 시스템에서 허용하는 전압 범위(V1 ~ V2)를 설정하여 시스템에 내장하여 초기 데이타를 설정하게 된다. 일반적으로 인버터 세탁기의 제어는 속도 또는 전압을 가변시킴으로써 가능하게 하는데, 본 발명에서는 PWM 을 통해 펄스상의 전압의 출력 시간을 변화시켜 등가인 전압을 변화시키게 된다.

따라서 듀티비를 설정하고, 그 설정된 듀티비에 따라 전압 공급부(10)로의 전류 유입량과 방출량이 결정되게 된다. 또한 각 시스템 구성이 시스템이 허용하는 전압 범위를 설정하여 시스템에 내장하는데 이 전압 범위내(V1 ~ V2)에서는 시스템의 손상 없이 동작이 가능하다.

제 S2단계에서는 제 S1단계에서 설정된 듀티비에 따라 전압 공급부(10)와 모터(M)간의 충,방전이 이루어지게 되는데 이때 전압 감지부(30)에서 상기 전압 공급부 (10)과 상기 모터 구동부(20)사이의 전압(Vdc)을 감지하게 된다.

제 S3단계에서는 제 S2단계에서 감지된 전압(Vdc)과 제 S1단계에서 시스템에 설정된 허용 전압(V1,V2)과 비교하여, 감지전압(Vdc)이 허용 전압 범위내에 있지 않으면 시스템 동작을 종료하고 외부로 에러 신호를 발생시키게 된다(제 S4단계).

제 S4단계에서는 S3단계에서 감지전압(Vdc)이 허용 전압 범위내에 있다면 상기 감지전압(Vdc)과 시스템에서 설정한 기준전압(Vref)과 비교한다.

제 S6,S7단계에서는 S5단계의 비교결과에 따라 초기 설정된 듀티비를 재설정한다. 예를 들어 감지전압(Vdc)이 시스템에서 정한 기준전압(Vref)을 초과하는 경우에 시스템의 전압 레벨을 일정하게 유지하기 위해 모터 구동부(20)내의 전류 흐름을 모터(M)쪽(I-방향)으로 향하도록 하고, 즉 전압 공급부(10) 측의 과전압이 모터(M)를 통해 방전되도록 듀티비를 조정하고(제 S6단계), 반대로 상기와 같은 방전동작을 수행하는 도중에 시스템의 전압이 시스템에서 정한 기준전압(Vref)을 초과하지 않는 경우에는 모터 구동부(20) 내부의 전류흐름이 전압 공급부(10)(I+방향)쪽으로 향하도록, 즉 전압 공급부(10)로 전압이 충전되도록 듀티비를 조정하게 된다(제 S7단계).

여기서 상기 듀티비는 다음과 같은 수학식을 근거로 하여 조정하게 된다.

상기 수학식 1에서 Dratio는 듀티비, Ton은 ON구간의 시간 그리고 Toff는 OFF 구간의 시간을 각각 나타낸다.

위 수학식1에서 보는 바와 같이 듀티비는 분모값은 항상 일정하므로 분자값인 Ton 값에 의해 결정된다. 따라서 듀티비를 작게 한다는 것은 Ton 값을 작게 한다는 것을 의미하고, 즉 이것은 전압 공급부(10)에서 모터(M)로 방전하는 양을 작게 하고, 전압 공급부(10)로 충전되는 양을 크게 하는 것이다. 반대로 듀티비를 크게 한다는 것은 Ton 값을 크게 한다는 것을 의미하고 이것은 전압 공급부(10)에서 모터(M)로 방전하는 양을 크게하고, 전압 공급부(10)로 충전하는 양을 적게 한다는 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 전압 감지부의 이상 진단 방법을 채용한 세탁기의 제동 제어 회로는 전압 감지부 내의 회로 이상 등으로 발생할 수 있는 시스템 내부 회로의 손상을 방지할 수 있다.

또한 일반적인 세탁기 시스템의 문제 발생시 문제 발생 원인을 외부에서 인식할 수 있도록 특수 문자 등으로 디스플레이 해주고 있는 반면, 전압 감지부를 이루고 있는 저항들의 쇼트나 오픈 등으로 인한 전압 감지부의 오동작에 대해서는 외부에서 쉽게 인식할 수가 없기 때문에 고장 수리시 원인 규명을 위해 소요되는 시간이 많았으나, 본 발명에서와 같이 전압 감지부에 문제가 있을 경우 문제 발생 여부를 외부로 알려줌으로써 고장 수리시에 고장 원인 규명에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다 .

아울러 본 발명에서의 전압 감지부의 이상 진단 방법은 세탁기에 한정하여 설명 하였지만 전압 감지부를 채용한 다른 응용 기술에도 사용될 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 모터의 회전 속도 및 위치를 감지하여 감지된 회전 속도 및 위치에 따라 초기 듀티비를 설정하고 시스템의 전압 허용 범위를 설정하는 초기 데이타 설정 단계;

   시스템에 흐르는 전압을 감지하여 감지된 전압값이 상기 단계에서 설정한 전압 허용 범위 내에 있는지 여부를 판단하는 단계;

   상기 감지전압이 상기 단계에서 설정된 허용 전압 범위 밖이라면 시스템 동작 종료와 함께 외부로 에러 신호를 발생하는 단계를 포함하는 세탁기의 전압 감지부 이상 진단 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감지전압이 상기 전압 허용범위 범위내에 있다면 감지전압이 시스템에서 정한 기준전압과 비교하는 단계;그리고

   상기 감지전압과 상기 기준전압과의 비교 결과에 따라 듀티비를 재설정하는 단계를 포함하는 세탁기의 전압감지부 이상 진단 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 듀티비 재설정은 상기 감지전압이 상기 기준전압을 초과하면 시스템의 전압을 방전시키는 방향으로, 그리고 상기 감지전압이 상기 기준전압을 초과하지 않으면 시스템의 전압을 충전시키는 방향으로 듀티비가 재설정되는 것을 특징으로 하는 세탁기의 전압감지부 이상 진단 방법.