KR20030010316A

KR20030010316A - 브러시리스 모터의 구동제어 회로장치

Info

Publication number: KR20030010316A
Application number: KR1020010045216A
Authority: KR
Inventors: 김백용
Original assignee: 동양기전 주식회사
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-05

Abstract

본 발명은 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)를 통하여 브러시리스(BL; Blushless) 모터의 회전 속도 제어시 모터 코일에서 발생하는 역기전력을 피드백하여 회생시킴과 동시에 역기전력을 효율적으로 감소시킴으로써 BL 모터의 효율을 향상시키고 전자기장애(EMI; Electromagnetic Interference)를 감소시킴은 물론 구동제어 회로장치의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 BL 모터의 구동제어 회로장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은, PWM 신호를 발생하며 BL 모터의 각종 제어를 수행하는 제어부와, 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터의 코일에 흐르는 전류를 단속하는 반도체 구동소자 및 상기 BL 모터 코일에 각각 접속되어 이 코일에서 발생하는 역기전력을 방지하기 위한 프리휠 다이오드를 포함하는 BL 모터의 구동제어 회로장치에 있어서, 상기 프리휠 다이오드를 통해 통전되는 상기 역기전력을 충전하는 충전수단과, 상기 충전수단에 충전된 역기전력을 피드백하여 모터 전원에 합해지게 하는 역기전력 회생수단을 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

브러시리스 모터의 구동제어 회로장치{Circuit unit for controlling drive of brushless motor}

본 발명은 브러시리스(Brushless) 모터의 구동제어 회로장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)를 통하여 브러시리스 모터의 회전 속도 제어시 모터 코일에서 발생하는 역기전력을 회생시킴과 동시에 역기전력을 효율적으로 감소시킴으로써 브러시리스 모터의 효율을 향상시키고 전자기장애(EMI; Electromagnetic Interference)를 감소시킴은 물론 구동제어 회로장치의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 브러시리스 모터의 구동제어 회로장치에 관한 것이다.

일반적으로 브러시리스(이하, 'BL'이라 약칭한다) 모터는 펄스폭 변조(이하, 'PWM'이라 약칭한다)를 통하여 그 회전속도가 제어되는데, BL 모터에 인가되는 PWM 신호는 통상 20KHz 이상이다. 이 PWM 신호는 BL 모터의 코일에 인가되는 전원을 고속으로 단속하여 BL 모터가 원활하게 회전하도록 하는 작용을 한다.

상기와 같이 PWM 신호가 BL 모터 코일에 인가되는 전원을 단속하는 경우, 높은 전압의 스위칭 노이즈(역기전력)가 발생하게 되는데, 높은 전압의 역기전력을 수반하는 BL 모터의 구동제어 회로장치의 일례를 도 1에 개략적으로 나타내 보였다. 더불어서, 종래 BL 모터의 구동제어 회로장치에 수반하는 PWM 파형과 역기전력 파형을 도 2에 나타내 보였다.

도 1에 도시한 BL 모터의 구동제어 회로장치는, PWM 신호 및 모터 구동과 관련한 제어를 수행하는 제어부(12)와, 제어부(12)에서 발생되는 PWM 신호에 의해 온/오프(ON/OFF)되어 다상 BL 모터 코일(10)에 흐르는 전류를 단속하는 코일 구동소자(20), 바람직하게는 반도체 디바이스인 전계효과 트랜지스터(FET)를 구비한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(12)에서 도 2에 실선으로 도시한 바와 같은 PWM 신호(30)가 발생하면, PWM 신호(30)의 하이(HIGH) 구간에서 구동소자(20)가 턴-온(turn-on)하게 되어 턴-온된 구동소자와 관련된 코일(10a)(10b)(10c)에 전류가 흐르게 된다. PWM 신호(30)의 로우(LOW) 구간에서는 해당되는 구동소자(20a)(20b)20c)가 턴-오프(turn-off)하게 되어 해당되는 코일(10a)(10b)(10c)에 흐르는 전류가 차단된다. 해당되는 코일에 흐르던 전류가 차단되는 순간, 해당 코일에는 도 2에 점선으로 도시한 바와 같은 높은 전압의 역기전력(스위칭 노이즈)이 발생하게 된다. 코일에 흐르던 전류가 차단되는 순간 발생하는 역기전력은 도 2에 도시한 바와 같이 FET와 같은 반도체 디바이스로 되는 구동소자(20)를 파손시킬 수도 있는 대단히 높은 전압을 갖는다.

상기와 같은 역기전력에 의한 반도체 구동소자(20)의 파손과 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래의 일실시예는 소위 '프리휠 다이오드(역기전력 방지용 다이오드)'를 코일과 병렬로 연결하는데, 이를 도 3에 나타내 보였다.

도 3을 참조하면, 코일 전류의 차단에 의한 순간적인 고전압의 역기전력은 프리휠 다이오드(50a)(50b)(50c)를 통하여 통전되어 소모되기 때문에 고전압의 역기전력에 의한 반도체 구동소자(20)의 파손과 같은 문제가 해소되게 된다.

그러나, 도 2에 도시한 바와 같이 고전압의 역기전력이 반도체 구동소자(20)에 인가되는 것을 방지하기 위해 프리휠 다이오드(50)를 코일에 병렬로 추가하는 경우, 다이오드(50)를 통한 통전은 PWM 신호(30)의 로우구간에서 해당코일(10a)(10b)(10c)을 단락시키는 작용을 하게 되고, 이것은 BL 모터의 회전을 저해하는 원인, 즉 모터의 효율을 저하시키는 원인을 초래하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)를 통하여 BL 모터의 회전 속도 제어시 모터 코일에서 발생하는 역기전력을 회생시킴과 동시에 역기전력을 효율적으로 감소시킴으로써 BL 모터의 효율을 향상시키고 전자기장애(EMI; Electromagnetic Interference)를 감소시킴은 물론 구동제어 회로장치의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 BL 모터의 구동제어 회로장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 일실시예에 따른 브러시리스 모터 구동제어 회로장치의 구성도.

도 2는 종래기술에 의한 역기전력 파형 그래프도.

도 3은 종래 다른 실시예에 따른 브러시리스 모터 구동제어 회로장치의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 브러시리스 모터 구동제어 회로장치의 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 역기전력 파형 그래프도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 코일12 : 제어부

20 : FET30 : PWM 신호

40, 40' : 역기전력 파형50 : 프리휠 다이오드

100 : 역기전력 회생부C1 : 충전 콘덴서

Q1, Q2 : 제1, 제2 트랜지스터R1, R2 : 바이어스 저항

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 BL 모터의 구동제어 회로장치는,

PWM 신호를 발생하며 BL 모터의 각종 제어를 수행하는 제어부와, 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터의 코일에 흐르는 전류를 단속하는 반도체 구동소자 및 상기 BL 모터 코일에 각각 접속되어 이 코일에서 발생하는 역기전력을 방지하기 위한 프리휠 다이오드를 포함하는 BL 모터의 구동제어 회로장치에 있어서, 상기 프리휠 다이오드를 통해 통전되는 상기 역기전력을 충전하는 충전수단과, 상기 충전수단에 충전된 역기전력을 피드백하여 모터 전원에 합해지게 하는 역기전력 회생수단을 포함하고, 상기 충전수단에는 상기 PWM 신호의 로우구간에서 상기 역기전력이 충전되고, 상기 역기전력 회생수단은 상기 PWM 신호의 하이구간에서 상기 충전된 역기전력을 모터 전원에 피드백시키도록 된 점에 그 특징이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 BL 모터의 구동제어 회로장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 BL 모터의 구동제어 회로장치의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 PWM 신호 파형과 역기전력을 개념적으로 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 BL 모터의 구동제어 회로장치는, 종래와 마찬가지로 당업자에게 자명한 PWM 신호를 발생하며 BL 모터의 각종 제어를 수행하는 제어부(12)와, 제어부(12)에서 발생되는 PWM 신호에 따라 상기 모터의 코일(10)에 흐르는 전류를 단속하는 FET(20) 및 BL 모터 코일(10)에 각각 접속되어 이 코일(10)에서 발생하는 역기전력을 방지하기 위한 프리휠 다이오드(50)를 포함하는 구성을 갖는다. 한편, 본 발명의 주요한 특징으로서 프리휠 다이오드(50)를 통해 통전되는 상기 역기전력을 충전하는 충전수단인 콘덴서(C1)와, 콘덴서(C1)에 충전된 역기전력을 피드백하여 모터 전원에 합해지게 하는 역기전력 회생부(100)를 본 발명의 구성요소로서 포함한다.

역기전력 충전수단으로서 콘덴서(C1)는 도시한 바와 같이 그 일측은 접지되고 그 타측은 공통접속된 프리휠 다이오드(50)의 캐소드 단자와 접속된다.

그리고, 역기전력 회생부(100)는 제1 트랜지스터(Q1)과 제2 트랜지스터(Q2), 및 바이어스 저항(R1)(R2)으로 구성되는데, 제1 트랜지스터(Q1)의 에미터단자는 콘덴서(C1)와 프리휠 다이오드(50)의 캐소드와 공통 접속되고 콜렉터단자는 모터 전원 라인과 접속되고 베이스단자는 제2 트랜지스터(Q2)의 콜렉터단자와 접속된다. 제2 트랜지스터(Q2)의 에미터단자는 접지되고 베이스단자는 제어부(12)의 PWM 신호를 받기 위해 바이어스 저항(R2)을 경유하여 제어부(12)에 접속된다. 바이어스 저항(R1)은 제1 트랜지스터(Q1)의 콜렉터단자와 베이스단자를 바이어스 연결한다. 도시한 바와 같이 제1 트랜지스터(Q1)와 제2 트랜지스터(Q2)는 바람직하게 NPN 트랜지스터이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 BL 모터의 구동제어 회로장치의 작용을 도 4 및 도 5을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

예를 들어, 제어부(12)에서 발생되는 PWM 신호가 모터 코일(10a)에 인가될 때, PWM 신호의 하이구간에서는 FET(20a)가 턴-온되어 코일(10a)에 전류가 흐르게 되어 모터가 회전동작하게 된다. 이때 역기전력 회생부(100)에는 제어부(12)에서 제공되는 역기전력 회생 제어용 PWM 신호가 인가되어 제2 트랜지스터(Q2)가 턴-온되고 제1 트랜지스터(Q1)는 턴-오프된다. PWM 신호의 로우구간에서는 FET(20a)가 턴-오프되어 코일(10a) 전류가 차단되고, 이때 전술한 바와 같이 높은 전압의 역기전력이 발생하지만 이 역기전력은 프리휠 다이오드(50a)의 통전에 의해 콘덴서(C1)에 충전되게 되어 FET(20a)에는 영향을 적게 준다. FET(20a)에 영향을 주는 역기전력(40')을 참고적으로 도 5에 점선으로 도시하였다.

다음으로, 제어부(12)에서 발생되는 PWM 신호가 모터 코일(10b)에 인가될 때, PWM 신호의 하이구간에서 콘덴서(C1)의 충전전원에 의해 제1 트랜지스터(Q1)가 턴-온되어 콘덴서(C1)의 충전전원이 제1 트랜지스터(Q1)를 통해 모터 전원과 중첩 회생되어 코일(10b)에 인가된다. 즉, 콘덴서(C1)의 충전전원이 모터 구동전원으로서 이용된다.

결국, 본 발명에 따르면 선행하는 코일(10a)의 역기전력이 충전되었다가 뒤따르는 코일(10b)의 작용에 이용된다. 도 4에 있어서, 코일(10b)(10c)에서 발생하는 역기전력은 전술한 바와 같이 콘덴서(C1)에 충전된 후 앞서 설명한 바와 마찬가지로 제어부(12)의 역기전력 회생용 PWM 신호에 따라 뒤따르는 코일(10c)(10a)에 피드백되어 재활용될 것이라는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 모터 코일에 흐르는 전류의 단속시 발생하는 역기전력을 회생시켜 모터 구동전원으로 피드백하여 재활용함으로써 모터의 효율을 향상시키고 또한 전류 단속시 발생하는 노이즈를 제거함으로써 반도체 구동소자의 파손을 방지할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 PWM 신호를 통하여 BL 모터의 회전 속도 제어시 모터 코일에서 발생하는 역기전력을 회생시킴과 동시에 역기전력을 효율적으로 감소시킴으로써 BL 모터의 효율을 향상시키고 EMI를 감소시킴은 물론 구동제어 회로장치의 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 이점을 제공한다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

PWM 신호를 발생하며 브러시리스(BL; Blushless) 모터의 각종 제어를 수행하는 제어부와, 상기 PWM 신호에 따라 상기 모터의 코일에 흐르는 전류를 단속하는 반도체 구동소자 및 상기 BL 모터 코일에 각각 접속되어 이 코일에서 발생하는 역기전력을 방지하기 위한 프리휠 다이오드를 포함하는 BL 모터의 구동제어 회로장치에 있어서,

상기 프리휠 다이오드를 통해 통전되는 상기 역기전력을 충전하는 충전수단과, 상기 충전수단에 충전된 역기전력을 피드백하여 모터 전원에 합해지게 하는 역기전력 회생수단을 포함하고,

상기 충전수단에는 상기 PWM 신호의 로우구간에서 상기 역기전력이 충전되고,

상기 역기전력 회생수단은 상기 PWM 신호의 하이구간에서 상기 충전된 역기전력을 모터 전원에 피드백시키는 것을 특징으로 하는 BL 모터의 구동제어 회로장치.
제 1 항에 있어서, 상기 충전수단은 그 일측은 접지되고 그 타측은 상기 프리휠 다이오드와 접속되는 일반적인 전해 콘덴서인 것을 특징으로 하는 BL 모터의 구동제어 회로장치.
제 1 항에 있어서, 상기 역기전력 회생수단은, 그 에미터단자는 상기 충전수단과 접속되고 그 콜렉터단자는 모터 전원 라인과 접속되고 그 베이스단자는 소정의 전기전자 디바이스를 경유하여 상기 제어부의 역기전력 회생용 PWM 신호를 인가받도록 된 스위칭 수단을 포함하고,

상기 전기전자 디바이스는 저항과 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 BL 모터의 구동제어 회로장치.
제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 NPN 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 BL 모터의 구동제어 회로장치.