KR20130031118A - 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치 - Google Patents

과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치에 관한 기술이다.
본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 공급되는 전원에 의해 회전하는 모터와, 상기 모터의 회전위치를 판단하는 모터상태 확인부와, 상기 모터의 회전위치에 따른 출력제어신호를 출력하는 모터제어부와, 상기 출력제어신호에 따라 상기 모터로의 전원 공급을 제어하는 전원제어부와, 과전압을 감지하면 상기 모터 제어부를 리셋시키는 과전압 보호부를 포함하는 모터부를 포함한다.

Description

과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치{BLDC MOTOR DRIVER FOR PROTECTING FROM OVER VOLTAGE}
본 발명은 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치에 관한 것이다.
소형 정밀제어 모터는 크게 AC 모터, DC 모터, 브러시리스(Brushless) DC 모터 및 릴럭턴스(Reluctance) 모터로 구분된다. 이러한 소형모터는 AV 기기용, 컴퓨터용, 가전 및 주택설비용, 산업용 등 많은 곳에서 사용되고 있다. 특히 가전 분야는 고급화됨에 따라 구동되는 모터의 소형화, 저소음화, 저소비전력화 등이 요구되고 있다.
BLDC(BrushLess Direct Current) 모터는 브러쉬와 정류자가 없는 모터로서 기계적인 마찰손실이나 불꽃, 노이즈가 발생하지 않고 소형화가 쉽고 내구성이 강하며 유지보수를 할 필요가 없어 수명이 긴 장점이 있다. 또한, BLDC 모터는 속도 제어나 토크 제어가 뛰어나고 속도 제어에 의한 손실이 없어 소형모터로서는 효율이 매우 높은 장점이 있다.
이러한 장점들로 인해 BLDC 모터는 냉장고, 세탁기, 에어컨 등의 가전분야의 제품에 많이 사용되고 있다.
그러나, 이러한 BLDC 모터는 과전압 발생 시 과전압을 방지하는 구성요소를 구비하고 있지 않아 과전압에 의해 BLDC 모터 내부 회로가 파괴되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 BLDC 모터의 과전압을 감지하여 BLDC 모터 내부회로의 손상을 방지하기 위한 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 구동 장치는, 공급되는 전원에 의해 회전하는 모터와, 상기 모터의 회전위치를 판단하는 모터상태 확인부와, 상기 모터의 회전위치에 따른 출력제어신호를 출력하는 모터제어부와, 상기 출력제어신호에 따라 상기 모터로의 전원 공급을 제어하는 전원제어부와, 과전압을 감지하면 상기 모터 제어부를 리셋시키는 과전압 보호부를 포함하는 모터부를 포함한다.
또한, 상기 과전압 보호부는, 모터코일전압(Vs)을 미리 정한 비율로 분배하는 전압분배부와, 상기 전압분배부의 출력신호에 의해 제어되어 상기 모터제어부의 리셋여부를 제어하는 스위칭부를 포함한다.
또한, 상기 스위칭부는, 상기 모터코일전압(Vs)이 미리 정한 레벨 이상이면 턴온되어 상기 모터 제어부를 리셋시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터제어부가 리셋되면, 상기 전원제어부가 상기 모터로의 전원공급을 중지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스위칭부는, 일측이 미리 정한 기준전압이 인가되는 기준전압단에 연결되고 타측이 그라운드단에 연결되어 상기 전압분배부의 출력에 의해 턴온되면 상기 기준전압단의 기준전압이 상기 그라운드단으로 흘러들어가도록 하고, 상기 그라운드단의 전압이 상기 모터제어부의 리셋단자에 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 모터는 BLDC(Brushless DC) 모터인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 과전압 발생에 의한 BLDC 모터 내부회로 손상을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터부의 세부회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터부의 동작 타이밍도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치를 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치를 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 모터 구동 장치는 전원부(100), 제어부(200) 및 BLDC 모터부(300)를 구비한다. 이때, 각 구성요소(전원부(100), 제어부(200), BLDC 모터부(300))는 에어컨 등의 셋트 메인 PCB(printed circuit board) 상에 구현될 수 있다.
전원부(100)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 외부로부터 공급되는 상용전원인 교류전압을 정류하고 정류된 전압을 평활하며 평활된 전원을 직류전압으로 변환시켜 Vcc 전압, Vs 전압, Vsp 전압을 출력한다. 이때, Vcc 전압은 DC 15V의 동작전압으로서 모터제어부(320) 및 전원제어부(310)에 인가되고, Vs 전압은 310V(AC 220V를 DC로 변환하는 경우 AC220V를 1.414배 하여 대략 DC310V가 됨)로서 모터코일에 직접적으로 인가되는 모터코일전압으로서 전원제어부(310)에 인가되며, Vsp 전압은 BLDC 모터(340)의 회전속도(회전수)를 제어하기 위한 모터 회전속도 제어전압이다.
제어부(200)는 BLDC 모터부(300)에 인가되는 전압의 PWM(Pulse Width Modulation)파형의 듀티비(Duty rate)를 조절하여 BLDC 모터(340)의 회전속도를 조절한다. 즉, PWM 파형의 듀티비가 크면 BLDC 모터(340)의 구동력이 강해지고, 듀티비가 작으면 BLDC 모터(340)의 구동력이 약해진다. 본 발명에서는 BLDC 모터 구동장치 메인 기판상의 제어부(200)가 듀티비를 제어하는 예를 개시하고 있으나 BLDC 모터부(300)를 구동하는 일반적인 마이콤의 기능을 모두 포함할 수 있다.
BLDC 모터부(300)는 전원제어부(310), 모터제어부(320), 과전압보호부(330), BLDC 모터(340)를 포함한다. 도 2를 참조하여 각 구성요소의 기능을 구체적으로 설명하기로 한다. 이때, BLDC 모터부(300)는 메인기판상의 전원부(100) 및 제어부(200)와 별도로 하나의 기판상에 집약되어 구비된다.
전원제어부(310)는 전원부(100)로부터 인가받은 동작전압 Vcc전압에 의해 구동되고, 모터제어부(320)의 출력신호에 따라 BLDC 모터(340)에 Vs 전압을 인가한다.
모터제어부(320)는 모터상태 확인부(350)의 출력신호(Hw, Hv, Hu)에 따라 전원제어부(310)로 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)를 출력한다. 이때, 전압조정부(voltage regulator; 321)가 DC 15V의 Vcc전압을 전압강하시켜 DC 8V를 모터제어부(320)에 인가한다.
과전압보호부(330)는 전원부(100)로부터 인가되는 Vs 전압이 미리 정한 전압레벨 이상 높아져 과전압상태가 되면 모터제어부(320)를 리셋시킨다. 이를 위해, 과전압보호부(330)는 전원부(100)로부터 점핑저항 J1~J3, 전압분배부(331) 및 스위칭부(332)를 구비한다.
전압분배부(331)는 Vs전압을 분배하여 출력한다. 이를 위해, 전압분배부는 복수개의 저항 R24~R27을 구비한다.
스위칭부(332)는 NPN형 트랜지스터 Tr, NPN 트랜지스터 Tr의 베이스단에 연결되는 저항 R28, NPN 트랜지스터의 Tr의 베이스단과 에미터단에 연결되는 저항 R29를 구비한다. NPN형 트랜지스터 Tr은 전압분배부(331)의 출력전압값에 따라 동작된다. 즉, 스위칭부(332)는 전압분배부(331)의 출력전압값이 미리 정한 값 이상이면 턴온되고 미리 정한 값 미만이면 턴오프된다. 본 발명에서는 Vs전압이 440V(과전압상태)이면 스위칭부(332)가 턴온 되도록 설정하고, Vs 전압이 380V 미만이면 턴오프 되도록 설정한다.
스위칭부(332)가 턴온되면, 5V의 기준전압 Vref이 스위칭부(332)를 통해 그라운드로 흘러버려, 모터제어부(320)의 리셋단자(11번 핀)에 로우신호가 인가되어 모터제어부(320)가 리셋된다. 반면, 스위칭부(332)가 턴오프되면 5V의 기준전압 Vref이 모터제어부(320)의 리셋단자에 인가되어 모터제어부(320)는 온 상태가 된다.
BLDC 모터(340)는 전원제어부(110)로부터 출력된 전압을 제공받으면 권선(Stator Core;U, V, W)에 자기장이 발생되어 영구자석인 회전자의 N, S극을 밀고 당기면서 회전자(Magnet)를 회전시킨다.
이러한 BLDC 모터부(300)의 동작 방법을 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저, Vcc 전압이 인가되면 모터제어부(320) 및 전원제어부(310)는 온(on)되어 대기상태(standby)를 유지하게 된다.
모터제어부(320)가 온 되면, 하이레벨(5V)의 기준전압 Vref이 모터상태 판단부(350)와 모터제어부(320)의 리셋단자(11핀)에 인가된다.
이후, 모터상태 판단부(350)는 BLDC 모터(340)의 회전자(마그넷)의 N극을 감지하여 회전자의 현재 위치를 판단하고 그 판단결과신호(HW, HV, HU)를 모터제어부(320)로 전달한다.
이에, 모터제어부(320)는 회전자의 현재 위치정보에 따라 전원제어부(320)의 출력을 제어하기 위한 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)를 생성하여 전원제어부(320)에 출력한다.
이후, 전원제어부(320)는 Vs 전압이 인가된 상태에서 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)에 따라 BLDC 모터(340)의 코일 U상(U coil), 코일 V상(V coil), 코일 W상(W coil)에 순차적으로 전원을 공급하여 BLDC 모터(340)를 구동시킨다.
이때, 전원제어부(320)는 외부로부터 인가된 Vsp 전압의 레벨(0~6V)에 따라 BLDC 모터(340)에 공급되는 전압레벨을 조절함으로써 BLDC 모터(340)의 회전속도를 조절한다. 즉 Vsp 전압은 모터 회전속도를 가변하기 위한 전압으로 0~6V 범위내에서 가변되어 모터제어부(320)의 Ve 단자(22번 핀)에 인가되며, Vsp 전압이 클수록 BLDC 모터(340)의 회전속도가 빨라진다.
이와같이, BLDC 모터(340)가 구동하게 되면 회전자가 이동하게 되고, 모터상태 판단부(350)가 회전자의 위치를 파악하여 모터제어부(320)에 알려주면, 모터제어부(320)는 전원제어부(310)에 출력제어신호를 출력하여 코일 U상(U coil), 코일 V상(V coil), 코일 W상(W coil)에 순차적으로 전원을 공급한다. 이에, BLDC 모터(340)는 모터 코어의 코일 U상(U coil), 코일 V상(V coil), 코일 W상(W coil)의 자력 극성을 바꿔주어 회전자(N극, S극)의 극성과 전자석의 극성이 서로 교번하면서 반복적으로 운전하게 된다. 이때, 모터의 회전속도(회전수)는 모터제어부(320)의 FG단을 통해 커넥터 6번핀 FG단로 출력하여 외부에서 모터의 현재 회전수(RPM)를 확인할 수 있도록 한다.
이하, 도 3의 타이밍도를 참조하여 BLDC 모터부(300)의 과전압 보호 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, DC 15V의 Vcc 전압, 310V의 Vs 전압이 인가되면 모터제어부(320)가 구동상태(ON)가 된다. 이때, 과전압보호부(330)의 스위칭부(332)는 턴오프상태를 유지한다. 이에, 모터제어부(320)의 리셋단자에는 노드 N1을 통해 기준전압 Vref(5V)이 인가되어 리셋신호 RES는 하이레벨(5V) 상태를 유지함으로써 모터제어부(320)는 온(ON) 상태 즉 동작상태를 유지한다.
이에, 모터제어부(320)는 모터상태 판단부(350)로부터 판단결과신호(Hu, Hv, Hw)를 수신하여 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)를 전원제어부(310)로 인가한다. 이에, 전원제어부(310)는 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)에 따라 모터 코일(U coil, V coil, W coil)에 전압을 인가하여 BLDC 모터(340)가 구동되도록 한다.
한편, Vs 전압이 440V로 높아지면(A 지점), 스위칭부(332)가 턴온되어 기준전압 Vref(5V)이 그라운드로 흘러버려 모터제어부(320)의 리셋단자에 0V가 인가된다. 이에, 리셋신호 RES가 로우레벨이 되어 모터제어부(320)는 리셋상태가 되고, 모터제어부(320)가 리셋상태가 되면 전원제어부(310)로 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)가 인가되지 않게 되므로 BLDC 모터(340)의 구동이 중지하게 된다.
그 후, Vs 전압이 380V로 낮아지면(B지점), 스위칭부(332)가 턴오프되어 모터제어부(320)의 리셋단자에 하이레벨의 기준전압 Vref가 인가됨으로써 리셋신호 RES는 하이레벨이 되고, 모터제어부(320)가 온되어 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)를 출력한다. 이에, 전원제어부(310)는 출력제어신호(U, V, W, X, Y, Z)를 수신하여 BLDC 모터(340)의 코일로 전원을 순차적으로 공급함으로써 BLDC 모터(340)가 구동하도록 한다.
이와같이, 본 발명은 과전압이 발생하는 경우 BLDC 모터부(300)로의 Vcc 전압 공급을 중지시키는 게 아니라, 모터제어부(320)를 리셋시킴으로써 전원제어부(310)가 구동하지 않도록 만들어 BLDC 모터(340)의 동작을 정지시킨다.
이때, 과전압 발생 시 BLDC 모터부(300)로의 동작전압인 Vcc 전압 공급을 중지시키는 경우 전원제어부(310) 및 모터제어부(320)는 오프되나 Vs 전압은 계속 인가되고 있어 전원제어부(310) 및 모터제어부(320)가 불안정해져 오동작할 수 있고 오동작 시 과전압이 흘러 내부 회로가 손상될 수 있다.
이에, 본 발명은 BLDC 모터부(300) 내에 과전압보호부(330)를 구비하여 과전압이 발생하더라도 BLDC 모터부(300)에 Vcc 전압을 공급하되 모터 제어부(320)를 정상적으로 리셋시킴으로써 BLDC모터(340)의 구동을 안정적으로 중지시킬 수 있도록 한다.
따라서, 갑작스런 Vcc전압의 공급 중지로 인한 모터 제어부(320) 및 전원제어부(310)의 오동작을 방지할 수 있고 이로 인한 BLDC 모터부(300)의 손상을 방지할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전원부 200 : 제어부
300 : BLDC 모터부 310 : 전원제어부
320 : 모터제어부 330 : 과전압 보호부
340 : BLDC 모터 350 : 모터 상태 확인부

Claims (6)

  1. 공급되는 전원에 의해 회전하는 모터;
    상기 모터의 회전위치를 판단하는 모터상태 확인부;
    상기 모터의 회전위치에 따른 출력제어신호를 출력하는 모터제어부;
    상기 출력제어신호에 따라 상기 모터로의 전원 공급을 제어하는 전원제어부; 및
    과전압을 감지하면 상기 모터 제어부를 리셋시키는 과전압 보호부;
    를 포함하는 모터부
    를 포함하는 모터 구동 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과전압 보호부는,
    모터코일전압(Vs)을 미리 정한 비율로 분배하는 전압분배부; 및
    상기 전압분배부의 출력신호에 의해 제어되어 상기 모터제어부의 리셋여부를 제어하는 스위칭부;
    를 포함하는 모터 구동 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    상기 모터코일전압(Vs)이 미리 정한 레벨 이상이면 턴온되어 상기 모터 제어부를 리셋시키는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 모터제어부가 리셋되면, 상기 전원제어부가 상기 모터로의 전원공급을 중지하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 스위칭부는,
    일측이 미리 정한 기준전압이 인가되는 기준전압단에 연결되고 타측이 그라운드단에 연결되어 상기 전압분배부의 출력에 의해 턴온되면 상기 기준전압단의 기준전압이 상기 그라운드단으로 흘러들어가도록 하고,
    상기 그라운드단의 전압이 상기 모터제어부의 리셋단자에 인가되도록 하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모터는 BLDC(Brushless DC) 모터인 것을 특징으로 하는 모터 구동 장치.
KR1020110094851A 2011-09-20 2011-09-20 과전압 보호가 가능한 모터 구동 장치 KR101269615B1 (ko)

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