KR20030062619A

KR20030062619A - 직류모터의 정속제어 회로

Info

Publication number: KR20030062619A
Application number: KR1020020002922A
Authority: KR
Inventors: 한종상
Original assignee: 한종상
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-28

Abstract

본 발명은 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 기설정한 속도로 모터를 정속 구동시키도록 하는 직류모터의 정속 제어 회로에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명은 직류모터에서 발생하는 역기전압을 검출하는 역기전압 검출 회로부; 역기전압 검출 회로부로부터 얻어진 역기전압을 적분파형의 출력으로 변환시키는 샘플홀드 회로부; 상기 샘플홀드 회로부로 부터의 전압을 기준전압과 비교하는 비교 회로부, 이 비교된 전압을 삼각파 발진회로의 발진주파수와 비교하여 듀티비가 달라진 펄스 신호를 출력하는 PWM 발생 회로부; PWM 발생 회로부로 부터 출력된 펄스신호에 따라 온/오프 작동되는 모터 구동회로를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명은 직류모터가 구동되는 동안 직류 모터의 역기전압을 연속적으로 검출하여 피드백 시키고, 기 설정한 기준속도와 피드백된 실제 모터속도를 비교하여 얻은 전압을 삼각파와 비교하여 속도 편차에 해당되는 전압을 직류모터의 구동전압에 가,감산하여 공급하게 함으로써 기설정한 속도로 직류모터를 정속 구동시킬 수 있게 된다.

Description

직류모터의 정속제어 회로{A circuit for regular speed of D.C motor}

본 발명은 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 기설정한 속도로 모터를 정속 구동 시키도록 하는 직류모터의 정속 제어 회로에 관한 것이다.

일반적으로 직류모터에 공급되는 전원전압이 드롭되거나 모터축으로부터 연결된 부하의 변동으로 이상이 발생될 시 직류모터의 정속제어를 행하지 않으면 안된다.

이를 위해 종래에는 직류모터 축에 발전기 및 엔코더를 부탁하여 속도를 검출한 다음 이전압을 피드백시켜 정속제어를 하여 왔다.

이와 같은 종래의 직류모터 정속제어는 직류모터 축에 반드시 발전기 및 엔코더를 부착하여야 하므로 이들 설치에 따른 비용이 과다할 뿐 아니라 복잡한 제어선을 요구하게되는 문제점이 지적된다.

따라서, 발전기 및 엔코더 부착없이 직류모터의 자체 특성을 이용하여 안정화된 접속제어의 필요성이 대두되고 있다.

앞에서 지적한 직류모터의 특성은 외부전원이 직류모터에 인가한 만큼 직류모터는 구동하지만 반대로 외부에서 직류모터를 구동시키면 역기전압이 발생된다.

따라서, 직류모터에 전원전압을 계속 공급하게 되면 직류모터로부터 역기전압을 검출하지 못하나, 펄스 신호로서 직류모터를 구동시키게 되면 펄스 신호중 휴지시간 동안에는 역기전압을 얻을 수 있게되고, 이 역기전압은 속도에 따라 비례하게 된다.

즉, PWM파형을 직류모터에 공급하게 되면 휴지 시간이 반드시 발생하게되고, 이로 인해 속도에 따른 역기전압을 얻을 수 있게 된다.

예컨대, 역기전압을 50V로 맞추고자 할 경우 자동으로 펄스폭을 변화시키면 직류모터의 접속이 안정적으로 실행되게 된다. 즉, 만일 직류모터의 축에 부하가 걸려서 역기전압이 50V이하로 줄어들게 되면 그 즉시 PWM파가 커지게 되고(듀티비가 커지게 된다), 또한 부하 변동 및 전원 상승 등에 의해 역기전압이 50V이상으로 커지면(듀티비가 적어진다), 이들 모두 반드시 휴지시간이 존재하게 되므로 듀티비를 자동적으로 조정하여 역기전압을 50V로 맞출 수 있게 되는 것이다. 즉, 직류모터의 속도를 정속도로 유지할 수 있게된다.

이와 같이, 본 발명은 PWM 방식을 이용하여 직류모터의 정속 제어를 안정적으로 수행하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명은 직류모터에서 발생하는 역기전압을 검출하는 역기전압 검출 회로부; 역기전압 검출 회로부로 부터 얻어진 역기전압을 적분파형의 출력으로 변환시키는 샘플홀드 회로부; 상기 샘플홀드 회로부로 부터의 전압을 기준전압과 비교하는 비교 회로부, 이 비교된 전압을 삼각파 발진회로의 발진주파수와 비교하여 듀티비가 달라진 펄스 신호를 출력하는 PWM 발생 회로부; PWM 발생 회로부로 부터 출력된 펄스신호에 따라 온/오프 작동되는 모터 구동회로를 구비함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 회로 블럭도

도 2는 본 발명의 상세 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

10 : 역기전압 검출 회로부 20 : 샘플홀드 회로부

30 : 기준 전압 회로부 40 : 비교 회로부

50 : 삼각파 발진 회로부 60 : PWM 발생 회로부

70 : 모터 구동회로부

도 1은 본 발명의 회로 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 상세회로도이다.

모터 구동회로부의 전계효과 트랜지스터(Q₂)로부터 전원이 인가될 경우에는 오프 상태를 유지하고, 전원이 인가되지 않을 경우에는 온 상태를 유지하는 PNP트랜지스터(Q₄)의 에미터와 콜렉터단에 연결한 직류모터(M)와, 상기 PNP트랜지스터(Q₄) 오프시 가변저항(R81) 일측에 직류모터(M)의 역기전압을 검출할 수 있도록 구성한 역기전압 검출 회로부(10)와; 상기 역기전압 검출 회로부(10)로부터 얻어진 역기전압을 적분파형의 출력으로 변환시켜 피드백 시키는 샘플홀드 회로부(20)와; 상기 샘플홀드 회로부(20)로부터의 적분된 전압을 기준전압회로부(30)로부터 입력되는 기준전압과 비교하는 비교회로부(40)와; 이 비교된 전압을 삼각파 발진 회로부(50)의 발진 주파수와 비교하여 듀티비가 달라지는 PWM파형 신호를 출력하는 PWM 발생 회로부(60)와,; PWM 발생 회로부(60)로부터 얻어진 PWM파형을 NOT게이트(U9A)(U9B)를 거쳐 광결합적으로 전송하는 포토 커플러(PC1)와, 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q3) 및 전계효과 트랜지스터(Q₂)로 구성된 모터 구동회로부(70);로 이루어진다.

도면중 80은 전원회로부, 90은 스위치 회로부이다.

상기에서 샘플홀드 회로부(20)는 직류모터(M)로부터 얻어진 역기전압의 변화하는 부분에서 피크값을 기억시켜 적분파형으로 출력시키는 오피앰프(U4A)(U5A)(U4B)로 구성되며, 스위치(S1)는 자동/수동 선택 스위치, 아나로그 스위치(U12A)는 직류모터(M) 구동시 온되는 스위치이다.

그리고, 비교회로부(40)는 외부에서 디지털 데이터로 세팅하거나 가변저항(R81)으로부터 원하는 기준전압을 얻도록 하는 기준전압 회로부(30)로부터의 기준전압과 샘플홀드 회로부(20)로부터 얻어진 기억된 피크값을 비교하는 비교기(U6B)로 구성하며, PWM 발생 회로부(60)는 비교기(U6B)로부터 출력된 전압을 삼각파 발진 회로부(50)에서 발생된 삼각파와 비교하는 비교기(U8B)로 구성된다. 도면중 U6A는 버퍼이다.

상기에서 비교기(U6B)는 기준전압 회로부(30)로부터의 기준전압이 인가되고 있을때, 샘플홀드 회로부(20)로부터의 피드백신호가 적을 경우에는 그 출력단에는듀티비가 커진 전압이 발생되고, 반대일 경우에는 듀티비가 적은 전압이 발생된다. 이 변화되는 듀티비를 가지는 전압을 비교기(U8)에 의해 삼각파와 비교하여 원하는 PWM파형을 발생하게 되고, 이 신호에 의해 직류모터(M)를 원하는 속도로 정속 구동시키게 된다.

한편, 기준전압회로부(30)는 콘텍터(JP1)으로 입력되는 신호를 아나로그 신호로 비교기(U11A)에 의해 변화시켜 버퍼(U7A), 오피앰프(U7B)를 통해 원하는 RPM으로 셋팅된 기준전압을 비교기(U6B)에 기준전압으로 인가시키거나, 가변저항(UR)을 통해 얻어진 전압을 비교기(U6B)에 기준전압으로 인가시키는 회로부이고, 90은 스위치 회로부로서 스타트 스위치(start)를 눌러 RS플립플롭(U10)을 통해 본 발명의 각 아나로그 스위치의 게이트에 인가되도록 하는 것이며, 이 스위치 회로부(90)의 오피앰프(U11B)에 샘플전압(샘플홀드 회로부로부터 공급)을 공급하는 것은 직류모터(M)의 정속도를 실행하기 위해 최초 구동시 직류모터(M)를 일시적으로 딜레이 시키기 위한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 PWM파형의 신호에 따라 펄스신호가 모터 구동회로부(70)의 전계효과 트랜지스터(Q₂)의 게이트에 인가되어, 전원이 공급될 경우에는 전계효과 트랜지스터(Q₂)는 온 되고, 이에 따라 PNP트랜지스터(Q₄)는 오프되며, 반대로 전계효과 트랜지스터(Q₂)가 오프될 경우에는 PNP트랜지스터(Q₄)는 온 되어 진다.

따라서, 펄스신호의 휴지시간동안에는 PNP트랜지스터(Q₄)가 오프된 상태가되어 직류모터(M)로부터 발생된 역기전압을 검출하게 된다.

이와 같이 직류모터(M)로부터 얻어진 역기전압을 샘플홀드 회로(20)에 의해 적분파형으로 변환시키게 된다. 즉, 직류모터(M)에 어느 한순간 전압이 발생되면 이 피크 전압을 래치 시켜 전압으로 변환 출력시키고, 이 기억된 피크값을 미리 셋팅한 기준전압 또는 가변저항(UR)에 의한 기준전압과 비교회로부(40)에 의해 비교하여 듀티값을 변환시키게 하고, 상술한 바와 같이 삼각파 발진회로부(50)의 삼각파와 상기 비교회로부(40)에서 얻어진 전압을 PWM발생 회로부(60)의 비교기에 의해 원하는 PWM파형을 발생시켜 모터 구동 회로부(70)에 인가시키고, 이 펄스 신호에 의해 직류 모터(M)를 구동시키게 되므로 직류모터(M)는 전원전압 변동에 관계없이 정속 구동을 수행하게 되는 것이다.

본 발명은 직류모터가 구동되는 동안 직류 모터의 역기전압을 연속적으로 검출하여 피드백 시키고, 기 설정한 기준속도와 피드백된 실제 모터속도를 비교하여 얻은 전압을 삼각파와 비교하여 속도 편차에 해당되는 전압을 직류모터의 구동전압에 가감산하여 공급하게 함으로써 기설정한 속도로 직류모터를 정속 구동시킬 수 있게 된다.

Claims

모터 구동회로부의 전계효과 트랜지스터(Q₂)로부터 전원이 인가될 경우에는 오프 상태를 유지하고, 전원이 인가되지 않을 경우에는 온 상태를 유지하는 PNP트랜지스터(Q₄)의 에미터와 콜렉터단에 연결한 직류모터(M)와, 상기 PNP트랜지스터(Q₄) 오프시 가변저항(R81) 일측에 직류모터(M)의 역기전압을 검출할 수 있도록 구성한 역기전압 검출 회로부(10)와; 상기 역기전압 검출 회로부(10)로부터 얻어진 역기전압을 적분파형의 출력으로 변환시켜 피드백 시키는 샘플홀드 회로부(20)와; 상기 샘플홀드 회로부(20)로부터의 적분된 전압을 기준전압 회로부(30)로부터 입력되는 기준전압과 비교하는 비교회로부(40)와; 이 비교된 전압을 삼각파 발진 회로부(50)의 발진 주파수와 비교하여 듀티비가 달라지는 PWM파형 신호를 출력하는 PWM 발생 회로부(60)와,; PWM 발생 회로부(60)로부터 얻어진 PWM파형을 NOT게이트(U9A)(U9B)를 거쳐 광결합적으로 전송하는 포토 커플러(PC1)와, 스위칭 트랜지스터(Q1)(Q3) 및 전계효과 트랜지스터(Q₂)로 구성된 모터 구동회로부(70);를 구비함을 특징으로 하는 직류모터의 정속 제어 회로.