KR20110010196U - 비엘디시 모터드라이브 자동전압제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 BLDC 모터드라이브의 모터구동용 DC전압정류회로에 관한것으로 더욱 상세하게는 BLDC 모터드라이브는 모터를 구동하기 위한 DC전압이 필요한데, 이를 외부에서 전원을 공급받거나, BLDC모터 드라이브 자체적으로 DC전원을 생성할 수 있는 회로가 필요하다. 일반적으로 BLDC모터 드라이브는 AC전원을 입력 받아 이를 DC전원으로 정류하여 사용하는데 이 DC정류회로에 있어, 저전압 DC정류회로는 트랜스포머에 의한 전압강하를 통해 DC전원을 생성하거나, SMPS회로에 의한 저전압을 획득하고 있으나, 고전압 DC전원을 공급하는 모터드라이브인 경우는 AC전원을 그대로 DC-LINK에 의한 DC정류회로를 구성하여 사용하고 있다. 특히 BLDC모터에 드라이버가 내장되어 지는 경우에 있어 AC입력전원에 따라 적합한 모터나, 모터드라이브 회로를 구분하여 개발,생산해야 하는데 본 고안에서 이루고자 하는 기술적 과제는 입력되는 AC 입력전원에 관계없이 전원을 투입해도 이를 감지하여 DC-LINK단의 DC정류회로를 자동으로 전기회로를 구성되게끔 하여, 일정한 DC전압이 발생하도록 해서, BLDC모터나, 드라이브를 AC전원에 맞추어 새로개발하거나,생산하는 단점을 없애고, 일반적 AC입력전원 전압레벨에 관계없이 동작 및 사용가능하도록하는 제어회로 장치 및 기능을 제공하는데 있다.
이와 같이 본 고안의 목적을 달성하기 위한 수단은 모터구동에 필요한 DC전원으로 정류하는 DC-LINK부, 입력AC전압을 감지하는 전압감지부,DC전압조정출력부, 모터드라이브 및 제어장치에 전원을 공급하는 SMPS부, 모터를 구동하는, BLDC_드라이브부, 펌프모터의 회전수를 검출하는 속도검출부, BLDC모터를 속도를 지령하고 AC입력전압을 판단하여,DC전압조정출력부로 하여금 일정한 DC전압을 출력하도록 지령하는 제어기능을 구비한 MPU부로 구성된다.

Description

비엘디시 모터드라이브 자동전압제어장치{ Auto Voltage Control of BLDC Motor driver}

본 고안은 BLDC 모터 드라이브의 모터를 구동하기 위한 입력전압의 DC-LINK단의 전압제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BLDC 모터는 입력전압 AC를 전압정류회로를 거쳐 DC전압(DC-LINK전압)을 만들어, 이는 BLDC 모터드라이브에 인가되어 PWM 스위칭에 의해 변환 된 전압이 BLDC 모터에 투입되어 모터를 회전시키게 한다. BLDC 모터는 입력전압에 맞게 설계되어 있어서, BLDC 모터드라이브는 모터의 정격전압에 맞추어 입력전압을 인가해야 한다.

특히 AC입력 전압을 직접 인가하는 BLDC 모터드라이브가 내장된 BLDC모터인 경우는 BLDC모터드라이브에 DC전압 정류회로가 내장되어 있는데 외부에서 AC 입력전압을 AC110V 또는 AC220V 상관없이 인가하면, 모터는 정격에 맞지 않는 AC입력인 경우는 모터가 소손 또는 고장이 나는 문제점 때문에 BLDC 모터의 정격에 따라 AC전원을 구분하여 투입해야 한다. 그러므로 입력정격에 따라 BLDC 모터를 구분해서 개발하든지, BLDC모터드라이브를 구분하여 개발해야 하는 문제점을 가지고 잇다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선하고자, 정격전압 AC220V 전압 모터 한 종류만 개발되어 있다면 입력전압 AC110V 또는 AC220V 어떤 전압이 인가되어도 BLDC 모터드라이브에 내장된 DC전압 정류회로에 의해 자동으로 전압을 조정하여 모터를 구동시켜주는 BLDC 모터드라이용 자동전압제어장치에 관한 것이다.

BLDC 모터를 구동하기 위해서는 모터와 드라이브로 구성된다. 일반적으로 BLDC 모터드라이브 구성은, [도2]에서 도시된 바와 같이 AC 입력 전원이 들어오면 이를 BLDC 모터를 구동하기 위한 DC전압을 생성하는 정류회로인 DC-LINK부(200)과, BLDC모터드라이버를 제어하는 장치에 공급하는 저전압 DC를 생성하는 SMPS부(300), BLDC모터에 회전상태를 판단하고, 회전하도록 PWM 제어신호를 출력하는 수단을 가진 MPU부(500), MPU부(500)으로부터 출력되는 모터회전에 대한 PWM제어 소신호를 실제 BLDC모터를 구동할 수 있는 DC-LINK단의DC전압을 PWM 스위칭 전압으로 변환하여 모터에 공급하는 수단으로 구성된 BLDC_DRIVER부(400), BLDC_DRIVER에서 출력된 PWM 전압에 의해 구동되는 MOTOR부(700), MOTOR의 회전속도를 감지하여 BLDC_DRIVER나 MPU에 전달하는 수단으로 구성된 속도검출부(600)로 구성되어 있다.

일반적으로 BLDC모터는 모터와 드라이브로 구성되어 있는데, 드라이브의 역할은 모터를 직접 구동하는 DC전압(DC-LINK)부와 모터를 목표 회전수로 제어하고자 하는 판단과 모터를 구동시키기 위한 PWM신호를 발생하는 컨트롤부로 구성되어 있는데, BLDC모터 드라이브는 크게 모터외장 타입과 모터내장 타입으로 나눌 수 있다. BLDC 모터는 정격에 따라, BLDC모터드라이브가 [도2]에서 도시한 바와 같이, DC전압 정류회로인 DC-LINK부(200)에서 모터의 정격에 맞는 DC전압을 구성해 주어야 한다. 그러므로 BLDC모터드라이브는 모터정격에 따라 DC-LINK(200)부를 개발되어야 하는데, 일반적인 BLDC모터인 경우, 모터가 선정되면, 그것에 맞는 BLDC 모터드라이버를 설계하거나, 구매하면 된다. 그러나 모터드라이버가 내장 된 BLDC모터는 대량생산 제품으로 주종을 이루고 있어, 모터생산의 공정 및 가격에 민감하여 단일화가 필연적으로 따른다. 또, 내장 된 BLDC 모터는 전원만 투입되면 바로 구동할 수 있도록 되어 있는 경우가 많은데, 모터가 적용된 같은 제품이라도 국가별, 지역별 전압이 틀리기 때문에 다양한 모터를 생산해야 하는 어려움을 가지고 있다.

본 고안에서는 모터드라이버가 내장된 BLDC모터에 있어서, 특히 AC전원을 인가하여 모터드라이브에 DC-LINK(200) DC전압 정류회로를 가진 BLDC모터에 있어 모터는 공용화 하고, 국가별,지역별 전압에 관계없이 전압을 자동조정하는 제어장치에 관하여 기술하고자 한다.

본 고안을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 특히 종래의 모터드라이브가 내장된 BLDC 모터에 있어서, 모터의 정격에 맞지 않는 AC전압을 인가하면 모터의 소손이나 고장이 발생한다. 이를 해결하기 위해서는 국가별,지역별 AC입력 전압 정격에 맞도록 구분하여 모터를 설계하거나, 모터드라이버를 개발해야 하는 번거러움이 있고, 대량생산의 최대이점인 공용화 부재 및 응용제품의 적용성이 떨어지는 불리한 점이 발생한다. 본 고안에서는 상기에서 기술한 바와 같은 문제점을 입력전압이 AC110 이나 AC220이나 상관없이 인가하여도 내장된 모터드라이브에서 입력된 전압을 감지하여 자동으로 일정한 DC전압(DC-LINK)을 발생하도록 제어하는 수단을 구비한 제어장치를 통하여 이를 해결하고자 한다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는, AC입력전압이 DC-LINK부(200)에인가되면 이를 DC전압으로 정류시키고, 이를 전압감지부(220)를 두어 전압을 검출하는 수단과, 또 검출된 전압을 판단하고, DC전압조정출력부(210)에 제어신호를 송출하여 DC-LINK부가(200) 입력 AC전압 레벨에 관계없이 일정한 DC전압을 발생할 수 있는 회로제어 장치를 제공하는데 있다.

본 고안이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기에서 기술한 바와 같이 DC-LINK부(200), 전압감지부(220), DC전압조정출력부(210), 마이컴(500)의 제어회로장치 수단을 구비하고, 이를 통하여 입력AC전압에 관계없이 일정한DC전압을 발생할 수 있도록 하는 제어방법을 제공하는데 있다.

본 고안의 BLDC 모터드라이브 용 자동전압제어장치가 모터드라이브 내장형BLDC모터에 있어 그 효과는 입력전압 AC전원레벨에 관계없이 인가되어도 비정격 전압에 대한 소손이나 고장 발생이 없으며, 대량생산에 있어 모터의 공용화에 따른 모터개발의 효율성과 응용되어 장착되는 제품에 대한 국가별,지역별 전압을 고려하여 모터개발이나,모터드라이브 재설계를 하지 않고 바로 적용할 수 있는 단순성과 용이성을 준다.

도 1은 본 고안의 BLDC 모터드라이브 블록도.
도 2는 본 고안의 자동전압제어장치가 있는 상세 회로도.
도 3은 AC220V 입력 시, 자동전압제어기능 회로 흐름도
도 4는 AC110V 입력 시, 자동전압제어기능 회로 흐름도
도 5는 본 고안 DC전압자동조절 제어알고리즘 흐름도.

본 고안이 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, BLDC드라이브 자동전압제어장치는 본 고안의 BLDC 모터드라이브 블록도[도1]에 있어, 모터드라이브에 AC전원을 인가하면 BLDC 모터를 구동하고,모터드라이브 전원을 공급하기 위해, DC전압을 정류하는 DC-LINK부(200)에서 AC전원은 AC전압*1.414의 고전압 DC전압으로 변경되고, 평활 된 이 DC전압을 감지하기 위한 DC전압감지부(220)는 [도2]의 전압감지부(220)에서 R1 과 R2에 의해 MPU(500)에서 읽을 수 있는 전압으로 분배되어 MPU(500)는 A/D port에 의해 전압을 검출한다. 이 때, MPU(500)에서는 A/D port에 의해 검지된 전압을 가지고 BLDC모터드라이브에 인가된, 입력 AC전압이 AC110V 인지 AC220V 인지를 판단하고 이를 MPU(500)에서 입력전압이 AC220라고 판단되면, DC전압조정출력부(210)에 OFF지령을 내려 DC전압조정출력부(210)의 TR OFF 되어 RELAY가 NC(Normal Close)상태로 유지된다. 이 때, DC-LINK부(200)의 DC평활회로부는 반파평활회로로 동작하여 DC-LINK 전압이 약 DC311V 평활 된다, 또 MPU(500)의 A/D port에 의해 검출된 전압이 AC110V로 판단되면, DC전압조정출력부(210)의 TR을 ON 시켜 RELAY가 ON이 되면, DC-LINK(220)부의 회로는 배전압회로로 구성되어 입력전압 AC110V가 배전압으로 상승해서 DC-LINK 전압이 약 DC311V 전압으로 조정되어 모터드라이버 구동전압을 일정하게 유지시켜준다. 상기 기술한 바와 같이 모터드라이브에 인가 되는 AC전압이 AC110V, 또는 AC220V 이 입력이 되어도 이를 감지하여 DC-LINK부(200)의 회로를 자동적으로 제어해서 모터드라이브에 발생되는 DC전압을 일정하게 유지시켜 모터의 정격에 맞게 구동시킬 수 있다.

보다 상세하게는 본 고안의 AC 입력전압에 따른 자동DC-LINK 회로가 구성되어 동작되어지는 구체적인 실시 예는, [도2]의 본 고안의 자동전압제어장치가 있는 상세 회로도에 있어, 초기 입력 전압이 AC220V가 인가되어 이를 전압감지부(220)에 의해 검출되어 MPU(500)가 AC220V로 판단하여, DC전압조정 출력부(210)에 OFF 신호를 출력하면 [도3]에 도시한 AC220V 입력 시, 자동전압제어 기능 회로 흐름도와 같이 회로가 구성되는데 이를 보다 더 상세하게 기술하면, MPU(500)에 의해 DC전압조정출력부(210)에 OFF신호를 지령내려 TR이 OFF되고 RELAY가 OFF되어 있는 상태 즉 NC(Normal Close)상태로 회로가 구성된다. 이 때, [도]3에 도시된 바와 같이 입력전원 AC220V L상(850)이 전기적 회로가 구성이 D1,D3으로 형성되어 CE1 과 CE3에 전압이 충전되고, AC 전압의 위상반전에 의해 AC220V가 그 반대로(N상) 전원 형성되면 D1,D3에 역 전압이 걸려 전기적 회로가 구성되지 않기 때문에 CE1 과 CE3에 전원 충전되지 않는 반파정류회로로 동작되어 CE1과 CE2의 DC전압은 약 311V 충전되어 모터드라이브에 제공된다.

또 다른 구체적 실시 예는 [도2]의 본 고안의 자동전압제어장치가 있는 상세 회로도에 있어 초기 입력 전압이 AC110V가 인가되었을 시, 상기 기술한 바와 같이 입력전압이 AC110V로 판단하고, DC전압조정 출력부(210)에 ON 신호를 출력하면 [도4]에 도시한 AC110V 입력 시 자동전압제어 기능 회로 흐름도와 같이 회로가 구성되는데 이를 보다 더 상세하게 기술하면, DC전압조정출력부(210)의 TR이 ON되어 RELAY에 전원이 인가되어 RELAY는 NO(Normal Open)으로 접점이 구성되어 된다. 이 때, 입력전원 AC110V의 L상(850)이 D1을 거쳐 CE1에 충전되고, AC전압의 위상이 반전되어, AC110V의 N(851)상에 의해 전원이 구성되면, CE1에 이미 충전 된, 전압 DC155V와 직렬로 회로가 구성되어 CE1에는 두 배의 전압이 걸리게 되어 D3를 거쳐 CE3가 충전되면, 반파 배전압 회로로 동작하게 되어 DC-LINK 전압이 약311로 충전되어 모터드라이브에 일정하게 제공하게 된다.

본 고안에서 상술하고자 하는 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위해서는 상기에서 기술한 바와 같이 구성된 DC-LINK부(200),전압감지부(220),전압을검출 판단하고, DC전압조정출력부에 신호를 출력하는 MPU(500),DC-LINK회로의 정류방법을 회로적으로 구성하는 DC전압조정출력부(210)을 유기적으로 제어하여 일정한 DC전압을 출력할 수 있도록 제어기능을 가진 자동DC-LINK 전압처리제어 알고리즘으로 구성된다. 보다 더 상세하게는, 모터드라이브가 내장된 BLDC 모터에 AC전원이 인가되면 일단 회로는, 전파정류회로로 구성되어 있기 때문에 DC전압이 발생되어 SMPS부(300)에 의해 모터드라이브 회로동작에 필요한 저전압 DC전압이 생성되면, MPU부(500)가 기동하여, MPU(500)의 자동DC-LINK전압처리루틴[도5]는 마이컴을 초기화한다.(901) 그리고 DC전압조정출력부에 OFF신호를 확인출력해서 DC-LINK부(200)회로가 전파정류회로로 구성되게 하여 DC전압을 형성한다(902). 여기서 현재 입력되는 AC전압을 전압감지부(220)에서 정확히 감지하기 위해 일정한 전압이 걸리도록 일정시간을 유지시킨 후(903), 입력전압을 감지하여 AC220V인지 AC110V인지를 판단하여(905) DC전압조정출력을 결정하여 출력을 하여(906)(907) DC전압조정출력부(210)가 동작하도록 하여, DC-LINK부(200)회로가, AC220V일 때는 반파 정류회로로 구성되게 하고, AC110V일 때는 반파 배전압회로로 구성되어 DC-LINK 전압이 발생하게 하여, 이를 전압감지부(220)에 의해 전압을 MPU(500)의 A/D port로 입력 받아서 전압을 확인한다(908).

200 : DC-LINK부 210 : DC전압조정출력부
220 : 부하구동부 300 : SMPS부
400 : BLDC드라이브부 500 : ,MPU부
600 : 속도검출부 700 : BLDC모터

Claims (3)

1. [도2]에 도시한 바와 같이 DC-LINK부(200)와 전압감지부(220),전압감지부에 의해 검출된 전압으로 AC입력전압을 판단하고, DC전압조정출력신호를 여부를 처리하는 MPU부(500),MPU(500)에서 출력된 신호에 의해 DC-LINK부(200)의 회로를 전기적으로 회로가 구성되게 하여, 모터드라이브에 인가된 AC입력전압변동에 관계없이 일정한 DC전압을 출력해주는 DC전압조정출력부(210)을 구비한 것을 그 특징으로 하는 BLDC드라이브 자동전압제어장치.
2. 제1항에 있어서 따라 MPU(500)가, AC220V 또는 AC110V 입력전압을 판단하여 자동DC전압조정출력신호에 따라 [도3],[도4]에서 도시한 바와 같이 DC-LINK부(200)에서 DC정류 회로를 반파정류회로 또는 배전압 정류회로를 전기회로적으로 자동 구성하여 AC입력전압의 변동에 관계없이 일정한 DC전압을 출력이 가능한 것을 특징으로 하는 DC-LINK부 및 DC전압조정출력부 제어장치.
3. DC-LINK부(200),전압감지부(220),DC전압조정출력부(210)을 유기적으로 입출력으로 구현하여, [도5]에서 도시한 바와 같이 초기 AC입력 전원에 관계없이 반파정류회로를 구성하도록 초기화 지령하여, 전압감지부(220)에 의해 검출된 AC입력전압을 감지하고 이를 판단하여, DC전압조정출력부(210)로 하여금 일정한 DC전압을 출력하도록 AC입력전압에 맞는 DC-LINK부(200)를 회로를 구성하도록 하는 제어기능을 수행하는 제어알고리즘을 구비한 것을 특징으로 하는 BLDC드라이브 자동전압제어장치.
   

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