KR20150007707A

KR20150007707A - 모터 구동 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20150007707A
Application number: KR20130082040A
Authority: KR
Inventors: 김남수; 김영관
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-21

Abstract

모터에 구동 전류를 공급하는 구동부, 외부 전원으로부터 공급되는 전원을 변환하여 상기 구동부에 직류 전원을 공급하는 전원부를 포함하되, 상기 외부 전원으로부터 전원 공급이 중단되면 상기 전원부는 상기 모터로부터 전원을 공급받아 상기 구동부에 직류 전원을 공급하는 모터 구동 장치는 외부 전원이 차단되면 모터의 역기전력을 이용하여 모터로부터 전기 에너지를 공급받고, 모터로부터 공급받는 전기 에너지를 이용하여 모터를 제동시킬 수 있다.

Description

모터 구동 장치 및 그 제어 방법{MOTOR DRIVING APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

개시된 발명은 모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 외부 전원의 전원 공급이 중단되면 모터로부터 전원을 공급받아 모터를 제동하는 모터 구동 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.

모터는 세탁기, 냉장고, 공기조화기, 청소기 등의 가전기기 전반에 이용되는 장치로서 외부 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아, 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 전화하는 장치이다.

과거 모터는 외부 전원으로부터 직접 전원을 공급받아서 미리 정해진 속도로만 회전하였으나, 최근 가전기기의 에너지 소비 효율이 중요한 문제가 대두되면서 외부 전원으로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 변환된 직류 전원을 다시 원하는 주파수의 교류 전원으로 변환함으로써 모터의 회전 속도를 가변하는 기술이 널리 이용되고 있다. 이와 같이 모터의 회전 속도를 가변하는 대표적인 회로로 인버터(invertor)가 있다.

이와 함께 외부 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 과정에 발생하는 리플(ripple)을 제거하기 위하여 평활 콘덴서가 널리 이용되는데 평활 콘덴서는 그 차지하는 공간이 넓어 모터 구동 장치의 소형화를 방해한다. 이에 최근에는 평활 콘덴서를 대신하여 크기가 작은 필름 캐패시터가 이용되고 있으나, 필름 캐패시터는 용량이 작아서 외부 전원이 차단되면 모터를 제어하기 위한 인버터 및 제어 회로의 전원이 바로 차단되어 모터가 제어되지 않는 상태에서 회전하게 되는 문제점이 있었다.

상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 발명의 일 측면은 외부 전원이 차단되면 모터로부터 전원을 공급받아 모터를 제동시키는 모터 구동 장치를 제공하고자 한다.

개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치는 모터에 구동 전류를 공급하는 구동부, 외부 전원으로부터 공급되는 전원을 변환하여 상기 구동부에 직류 전원을 공급하는 전원부를 포함하되, 상기 외부 전원으로부터 전원 공급이 중단되면 상기 전원부는 상기 모터로부터 전원을 공급받아 상기 구동부에 직류 전원을 공급할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 상기 모터를 구동하는 구동 전류를 생성하는 구동 회로, 상기 구동 회로를 제어하는 구동 제어 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전원부는 상기 외부 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 저장하고 상기 구동 회로에 제1 전원을 공급하는 평활 회로, 상기 평활 회로가 출력하는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하여 상기 구동 제어 회로에 제2 전원을 공급하는 전압 변환 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전압 변환 회로는 상기 평활 회로부터 전기 에너지를 공급받는 디텍팅 캐패시터, 상기 디텍팅 캐패시터로부터 상기 평활 회로로 전류가 흐르는 것을 방해하는 디텍팅 다이오드, 상기 디텍팅 캐패시터의 출력 전압을 변환하여 제2 전원을 생성하는 스위칭 모드 전원 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 평활 회로는 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 상기 구동 제어 회로가 동작하기 위하여 요구되는 제3 전압 미만이면, 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 제3 전압에 도달할 때까지 상기 모터부터 역기전력에 의한 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장할 수 있다.

또한, 상기 구동 제어 회로는 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 제3 전압에 도달하면 상기 모터를 제동시키는 제어 신호를 상기 구동 회로에 전달할 수 있다.

또한, 상기 구동 제어 회로는 상기 모터를 단락 제동시킬 수 있다.

또한, 상기 구동 회로는 전원과 연결되는 상단 스위칭 회로와 접지와 연결되는 하단 스위칭 회로를 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터를 제동시키기 위하여 상기 구동 제어 회로는 상기 상단 스위칭 회로는 턴오프시키고, 상기 하단 스위칭 회로를 턴온시킬 수 있다.

또한, 상기 구동 제어 회로가 상기 모터를 제동시키는 동안, 상기 평활 회로는 상기 저장된 전기 에너지를 상기 전압 변환 회로에 공급할 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따른 모터 구동 장치의 제어 방법은 외부 전원으로부터 공급되는 전원을 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동 장치의 제어 방법에 있어서, 상기 외부 전원의 전원 공급이 중단되면, 상기 모터로부터 전기 에너지를 공급받고, 상기 전기 에너지를 이용하여 상기 모터의 회전을 제동시키는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터로부터 전기 에너지를 공급받는 것은 상기 모터의 역기전력으로 인한 전류를 공급받고, 상기 역기전력에 의한 전류를 통하여 전기 에너지를 저장하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 모터의 회전을 제동시키는 것은 상기 모터를 단락 제동시키는 것을 포함할 수 있다.

개시된 발명의 일 측면에 따르면, 외부 전원이 차단되면 모터의 역기전력을 이용하여 모터로부터 전기 에너지를 공급받고, 모터로부터 공급받는 전기 에너지를 이용하여 모터를 제동시킬 수 있다.

도 1은 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 모터를 구동하는 것을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 의한 구동부를 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 의한 전원부를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 일반적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일반적인 경우 일 실시예에 의한 전원부에 포함된 평활 회로의 출력 전압과 스위칭 모드 전원 회로의 입력 전압을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 외부 전원의 전원 공급이 중단된 경우 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 외부 전원의 전원 공급이 중단된 경우 일 실시예에 의한 전원부에 포함된 평활 회로의 출력 전압과 스위칭 모드 전원 회로의 입력 전압을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 동작을 도시한 순서도이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있음을 이해하여야 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 의한 냉각 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 변환하여 모터를 구동하는 것을 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 외부 전원(1)을 이용하여 모터(2)를 구동하는 경우, 외부 전원(1)과 모터(2) 사이에는 구동부(200)에 전원을 공급하는 전원부(100)와 모터(2)를 구동하는 구동부(200)가 구비된다.

외부 전원(1)은 가정용으로 이용되는 단산 교류 전원 또는 산업용으로 이용되는 3상 교류 전원일 수 있으며, 태양광 발전기 등을 통하여 공급되는 직류 전원을 채용할 수도 있다.

전원부(100)는 외부 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압과 교류 전류의 교류 전원을 직류 전압과 직류 전류의 직류 전원으로 변환하여 구동부(200)에 공급한다. 또한, 구동부(200)에 복수의 전압값을 전원이 요구되는 경우, 전원부(100)는 직류 전압을 전압 강하하여 구동부(200)에 공급할 수도 있다. 예를 들어, 구동부(200)가 모터(2)를 구동하기 위하여 310V의 전원을 공급받는 인버터(invertor) 회로와 함께 인버터(invertor) 회로를 제어하기 위한 5V의 전원을 공급받는 TTL(Transistor Transistor Logic) 회로 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 회로를 포함하는 경우, 전원부(100)는 인버터 회로에 공급되는 310V의 직류 원과 TTL 회로 또는 CMOS 회로에 공급되는 5V의 직류 전원을 구동부(200)에 공급할 수 있다. 전원부(100)에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.

구동부(200)는 전원부(100)로부터 공급되는 직류 전원을 이용하여 모터(2)를 구동하기 위한 구동 전류를 생성하고, 생성된 구동 전류를 모터에 공급한다. 구동부(200)에 대해서는 아래에서 자세하게 설명한다.

모터(2)는 회전자(미도시)와 고정자(미도시) 사이의 자기적 상호작용(자기장 사이의 인력 및 척력)을 이용하여 부하(미도시)를 회전시킨다. 구체적으로, 모터(2)는 구동부(200)로부터 공급받은 구동 전류를 고정자(미도시)에 공급하여 회전하는 자기장을 생성하고, 고정자(미도시)가 생성한 회전하는 자기장과 회전자(미도시)가 생성하는 고정된 자기장 사이의 자기적 상호작용을 이용하여 회전자(미도시)를 회전시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 모터(2)는 구동 전류를 회전자(미도시)에 공급하여 회전하는 자기장을 생성하고, 회전자(미도시)가 생성한 자기장과 고정자(미도시)가 생성하는 고정된 자기장 사이의 자기적 상호작용을 이용하여 회전자(미도시)를 회전시킬 수도 있다. 이와 같은 모터(2)는 세탁기의 드럼 구동 모터, 냉장기의 압축기 구동 모터, 공기조화기의 압축기 구동 모터, 청소기의 흡입 모터 등의 가전기기에 이용되는 모터일 수 있다.

이하에서는 이해를 돕기 위하여 외부 전원(1)은 3상 교류 전원으로 가정하고, 모터(2)는 3상 모터로 가정한다.

도 2는 일 실시예에 의한 구동부를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 구동부(200)는 모터(2)를 구동하는 구동 전류를 생성하는 구동 회로(210)와 구동회로(20)를 제어하는 제어 신호를 생성하는 구동 제어 회로(220)를 포함한다.

구동 회로(210)는 제1 전원 노드(Vcc1)과 접지 노드(GND)를 통하여 전원부(10)로부터 직류 전원을 공급받으며, 모터(2)에 공급되는 구동전류를 생성하기 위한 6개의 스위칭 회로(Q211~Q216)를 포함한다. 여기서, 6개의 스위칭 회로(Q211~Q216)는 고전압 접합형 트랜지스터(High Voltage Bipolar Junction Transistor), 고전압 전계 효과 트랜지스터(High Voltage Field Effect Transistor), 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 트랜지스터와 환류 다이오드(Free Wheeling Diode)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전원 노드(Vcc1)에는 3개의 상단 스위칭 회로(Q211~Q213)가 연결되고, 접지 노드(GND)에는 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~26)가 연결된다. 또한, 3개의 상단 스위칭 회로(Q211~Q213)과 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)는 일대일로 연결되고, 3개의 상단 스위칭 회로(Q211~Q213)과 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)이 각각 연결되는 3개의 노드는 모터(2)의 입력단자(IN2a, IN2b, IN2c)와 각각 연결된다.

이와 같은 구동 회로(210)는 상단 스위칭 회로(Q211~Q213) 중 어느 하나와 하단 스위칭 회로(Q214~Q216) 중 어느 하나를 미리 정해진 순서에 따라 턴온시킴으로써 모터(2)에 구동 전류를 공급한다.

구동 제어 회로(220)는 제2 전원 노드(Vcc2)와 접지 노드(GND)를 통하여 전원부(100)로부터 직류전원을 공급받는다. 또한, 구동 제어 회로(220)는 모터(2)에 공급되는 구동 전류 또는 모터(2)에 마련된 홀 센서(미도시)의 출력을 기초로 모터(2)에 포함된 회전자(미도시)의 회전 변위를 추정하고, 추정된 회전자(미도시)의 회전 변위를 기초로 구동 회로(210)에 포함된 상단 스위칭 회로(Q211~Q213) 가운데 어느 하나와 하단 스위칭 회로(Q214~Q216) 가운데 어느 하나를 턴온시키는 제어 신호를 생성한다.

도 3은 일 실시예에 의한 전원부를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 전원부(100)는 외부 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전원을 정류하는 정류 회로(110), 정류된 전압의 리플(ripple)을 제거하는 평활 회로(DC-link circuitry)(120), 외부 전원(1)이 차단되더라도 구동부(200)에 직류 전원을 공급하는 전압 변환 회로(130)를 포함한다.

정류 회로(110)는 6개의 다이오드(D111~D116)로 구성된 다이오드 브리지(diode bridge)를 포함한다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이 구동부(200)에 직류 전원을 공급하는 제1 전원 노드(Vcc1)와 접지 노드(GND) 사이에 서로 병렬로 연결된 3쌍의 다이오드(D111과 D114, D112와 D115, D113과 D116)를 포함하고, 3쌍의 다이오드(D111과 D114, D112와 D115, D113과 D116) 각각은 접지 노드(GND)로부터 제1 전원 노드(Vcc1)로 전류가 흐를 수 있도록 배치된다. 또한, 3쌍의 다이오드(D111과 D114, D112와 D115, D113과 D116)이 연결되는 노드는 외부 전원(1)의 출력단자(OUT1a, OUT1b, OUT1c)와 각각 연결된다.

이와 같은 정류 회로(110)는 외부 교류 전원(1)으로부터 공급되는 양 또는 음의 전류가 제1 전원 노드(Vcc1)로 흐르도록 함으로써 한 방향으로 흐르는 전류와 한 방향으로 인가되는 전압을 평활 회로(120)에 공급한다.

평활 회로(120)는 제1 전원 노드(Vcc1)와 접지 노드(GND) 사이에 연결되는 평활 캐패시터(DC-link capacitor)(C121)를 포함하며, 평활 캐패시터(C121)는 정류 회로(110)로부터 공급되는 전류를 이용하여 전기 에너지를 저장함으로써 구동부(200)에 일정한 크기의 전압을 갖는 제1 전원을 구동부(200)에 공급한다.

여기서, 구동부(200)에 일정한 크기의 전압을 공급하기 위해서 평활 캐패시터(C121)의 용량은 충분히 커야한다. 예를 들어, 실효 전압 220V의 외부 교류 전압이 입력되고 310V의 직류 전압을 출력하는 경우 평활 캐패시터(C121)는 수백 마이크로 패럿(uF)의 커패시턴스를 갖는 콘덴서를 채용하는 것이 일반적이다. 그러나, 이와 같은 수백 마이크로 패럿의 콘덴서는 많은 공간을 차지하므로 전원부(100)의 소형화를 방해한다. 이 때문에 수백 마이크로 패럿의 콘덴서를 대신하여 수십 마이크로 패럿(uF)의 필름 캐패시터를 채용함으로써 전원부(100)의 소형화를 시도하기도 한다.

전압 강하 회로(130)는 제1 전원 노드(Vcc1)과 접지 노드(GND) 사이에 마련되는 피크 디텍터(131)와 피크 디텍터(131)의 출력을 입력받아 구동부(200)에 제2 전원을 공급하는 스위칭 모드 전원 회로(Switching Mode Power Supplier: SMPS)를 포함한다.

피크 디텍터(131)는 평활 회로(120)가 출력하는 직류 전압의 피크를 검출하는 디텍팅 캐패시터(C131)와 평활 회로(120)로부터 디텍팅 캐패시터(C131)로 전류가 흐르도록 하는 디텍팅 다이오드(D131)를 포함하며, 피크 디텍터(131)는 디텍팅 캐패시터(C131) 양단의 전압을 출력한다. 뿐만 아니라, 디텍팅 캐패시터(C131)는 스위칭 모드 전원 회로(133)에 공급하기 위한 전기 에너지를 저장하여, 상술한 평활 캐패시터(C121)가 방전되더라도 디텍팅 캐패시터(C131)가 스위칭 모드 전원 회로(133)에 전원을 공급할 수 있다.

스위칭 모드 전원 회로(133)는 디텍팅 캐패시터(C131) 양단의 전압을 입력받고, 제2 전원 노드(Vcc2)와 접지 노드(GND) 사이에 제2 직류 전압을 갖는 제2 전원을 출력한다. 구체적으로 스위칭 모드 전원 회로(133)는 패스 트랜지스터(미도시)와 전기 에너지 저장 회로(예를 들어, 인던터 또는 캐패시터)를 구비하고, 패스 트랜지스터(미도시)의 턴온과 턴오프를 반복함으로써 입력단으로부터 공급되는 전기 에너지를 출력단에 마련된 전기 에너지 저장 회로(미도시)로 전달한다. 대표적인 스위칭 모드 전원 회로(133)는 벅(buck) 타입의 강압 회로 및 부스터(booster) 타입의 승압 회로가 있다.

또한, 스위칭 모드 전원 회로(133)는 패스 트랜지스터(미도시)의 온/오프 비율(듀티비)에 따라 출력되는 전압의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 310V의 직류 전압이 입력되면 경우, 패스 트랜지스터(미도시)의 온/오프 비율을 조절함으로써 5V의 전압이 출력되도록 할 수 있다.

이상에서는 구동부 및 전원부의 구성에 대하여 설명하였다. 이하에서는 일반적인 경우와 외부 전원의 전원 공급이 중단된 경우로 나누어 전원부의 동작에 대하여 설명한다.

우선 일반적인 경우 즉 외부 전원으로부터 전원이 공급되는 경우 전원부의 동작에 대하여 설명한다.

도 4는 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 일반적인 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 일반적인 경우 일 실시예에 의한 전원부에 포함된 평활 회로의 출력 전압과 스위칭 모드 전원 회로의 입력 전압을 도시한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 정류 회로(110)에 의하여 정류된 전류가 평활 캐패시터(C121)에 공급되며, 평활 캐패시터(C121)는 정류된 전류에 의하여 공급된 전기 에너지를 저장한다.

또한, 평활 캐패시터(C121)는 제1 전원 노드(Vcc1)를 통하여 구동 회로(210)에 제1 직류 전압을 갖는 제1 전원을 공급하고, 디텍팅 다이오드(D131)와 디텡팅 캐패시터(C131)를 통하여 스위칭 모드 전원 회로(133)에도 제1 직류 전압을 갖는 제1 전원을 공급한다.

스위칭 모드 전원 회로(133)는 평활 캐패시터(C121)가 출력하는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하고, 제2 전원 노드(Vcc2)를 통하여 구동 제어 회로(220)에 제2 직류 전압을 갖는 제2 전원을 공급한다.

전원부(100)가 구동부(200)에 전원을 공급하는 동안 평활 캐패시터(C121) 양단의 전압과 디텍팅 캐패시터(C131) 양단의 전압을 살펴보면 도 5와 같다. 구체적으로, 전원부(100)의 소형화를 위하여 작은 용량의 평활 캐패시터(C121)를 이용하는 경우 평활 캐패시터(C121)는 적은 양의 전기 에너지를 저장할 수 있기 때문에 구동부(200)가 평활 캐패시터(C121)에 저장된 전기 에너지를 소모하면 평활 캐패시터(C121)의 출력 전압이 낮아지고, 정류 회로(110)로부터 다시 전류가 공급되면 평활 캐패시터(C121)의 출력 전압이 높아지는 것을 반복한다. 즉, 평활 캐패시터(C121)의 출력 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 크게 변동한다.

이와 같이 평활 캐패시터(C121)의 출력 전압이 변동하는 동안, 디텍팅 캐패시터(C131)의 출력 전압 즉 스위칭 모드 전원 회로(133)의 입력 전압은 도 5에 도시된 바와 같이 비교적 일정하게 유지된다. 이는 디텍팅 다이오드(D131)에 의하여 디텍팅 캐패시터(C131)가 평활 캐패시터(C121)로부터 분리되고, 구동 제어 회로(220)는 구동 회로(210)에 비하여 적은 양의 전력을 소모하기 때문이다.

다음으로, 외부 전원으로부터 전원 공급이 중단된 경우 전원부의 동작에 대하여 설명한다. 이와 같이 외부 전원이 공급되는 경우는 정전이 발생하거나, 사용자가 제품의 동작 중에 전원 플러그를 뽑는 등의 경우가 있다.

도 6a 및 도 6b는 외부 전원의 전원 공급이 중단된 경우 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 외부 전원의 전원 공급이 중단된 경우 일 실시예에 의한 전원부에 포함된 평활 회로의 출력 전압과 스위칭 모드 전원 회로의 입력 전압을 도시한 도면이다.

외부 전원의 전원 공급이 중단되는 경우, 전원부(100)는 2개의 모드로 동작한다. 즉, 전원부(100)는 모터(2)로부터 전기 에너지를 공급받는 에너지 저장 모드와 저장된 전기 에너지를 이용하여 모터(2)를 제동하는 모터 제동 모드로 동작할 수 있다.

전원부(100) 및 구동부(200)가 에너지 저장 모드로 동작하는 경우에 대하여 전류의 흐름을 도시한 도 6a를 참조하여 설명한다.

외부 전원(1)의 전원 공급이 중단되고, 평활 캐패시터(C121)에 저장된 전기 에너지가 모두 소모되면 전원부(100)는 구동부(200)에 직류 전원을 공급하지 못하고, 모터(2)는 구동부(200)의 제어를 받지 않는 상태에서 자유롭게 회전한다.

이와 같이 모터(2)가 자유롭게 회전하는 동안 페러데이 법칙(Faraday`s Law)에 의하여 모터(2)는 역기전력을 생성하고, 이와 같은 역기전력에 의하여 모터(2)는 전원부(100)로 전류를 공급한다. 다시 말해, 모터(2)가 자유롭게 회전하면, 모터(2)는 발전기와 같이 동작하게 되어 전원부(100) 측으로 전원을 공급한다.

모터(2)가 공급하는 전류는 전원부(100)의 평활 캐패시터(C121)로 공급되고, 평활 캐패시터(C121)는 전기 에너지를 저장하고 평활 캐패시터(C121) 양단의 전압이 높아진다. 또한, 평활 캐패시터(C121)에 전기 에너지가 저장되면, 저장된 전기 에너지의 일부가 디텍팅 다이오드(D131)를 통하여 디텍팅 캐패시터(C131)에 공급되어 디텍팅 캐패시터(C131)에도 전기 에너지가 저장되고 평활 캐패시터(C121) 양단의 전압 역시 높아진다.

이와 같이 전원부(100)가 자유롭게 회전하는 모터(2)로부터 전기 에너지를 공급받는 에너지 저장 모드로 동작하는 것은 디텍팅 캐패시터(C131)에 충분한 전기 에너지가 저장되어 스위칭 모드 전원 회로(133)가 구동부(200)의 구동 제어 회로(220)에 충분한 전기 에너지를 공급할 수 있을 때까지 계속된다. 즉, 스위칭 모드 전원 회로(133)가 출력하는 전압이 구동 제어 회로(220)가 정상적으로 동작할 수 있는 전압에 도달할 때까지 전원부(100)와 구동부(200)는 에너지 저장 모드로 동작한다.

전원부(100) 및 구동부(200)가 모터 제동 모드로 동작하는 경우에 대해서는 전류의 흐름을 도시한 도 6b를 참조하여 설명한다.

전원부(100)가 에너지 저장 모드로 동작하는 동안 디텍팅 캐패시터(C131)에 충분한 전기 에너지가 저장되어 스위칭 모드 전원 회로(133)가 구동부(200)에 구동 제어 회로(220)가 동작할 수 있는 충분한 전기 에너지를 공급하면, 구동 제어 회로(220)는 모터(2)의 회전을 제동시키기 위한 제어 신호를 구동 회로(210)에 제공한다.

구체적으로, 전원부(100)의 평활 캐패시터(C121)는 디텍팅 다이오드(D131)를 통하여 디텍팅 캐패시터(C131)에 전기 에너지를 공급하고, 디텍팅 캐패시터(C131)는 스위칭 모드 전원 회로(133)에 직류 전원을 제공한다. 또한 스위칭 모드 전원 회로(133)는 디텍팅 캐패시터(C131)가 공급하는 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하고 제2 직류 전압을 갖는 제2 전원을 구동 제어 회로(220)에 공급한다.

스위칭 모드 전원 회로(133)로부터 제2 전원이 공급되면, 구동 제어 회로(220)는 모터(2)를 제동시키기 위한 제어 신호를 구동 회로(210)에 제공한다. 예를 들어, 모터(2)를 단락 제동시키기 위하여 구동 회로(210)에 포함된 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)을 턴온시키는 제어 신호를 구동 회로(210)에 제공할 수 있다. 또한, 구동 제어 회로(220)는 전원부(100)로부터 공급되는 제2 전원이 차단되었다고 다시 제2 전원이 공급되면 모터(2)를 단락 제동시키기 위한 제어 신호를 생성하여야 하므로 구동 제어 회로(220)는 제2 전원이 인가되면 단락 제동의 제어 신호를 출력하도록 설정된다.

구동 제어 회로(220)로부터 모터(2)를 단락 제동시키기 위한 제어 신호가 제공되면 구동 회로(210)는 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)를 턴온시키고, 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)가 턴온되면 모터(2)의 역기전력에 의한 전류는 3개 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)로 흐르게 된다. 예를 들어, 모터(2)의 역기전력에 의한 전류는 모터(2)의 제1 입력단자(IN2a)에서 공급되어, 제4 스위칭 회로(Q214)와 제6 스위칭 회로(Q216)를 거쳐 제3 입력단자(IN2c)로 되돌아 갈 수 있다. 물론, 모터(2)에 포함된 회전자(미도시)의 회전 변위에 따라 전류의 흐름을 달라 질 수 있다.

또한, 모터(2)의 역기전력에 의한 전류는 더 이상 평활 캐패시터(C121)에 전기 에너지를 공급하지 않는다.

이와 같이 모터(2)의 역기전력에 의한 전류가 구동 회로(210)의 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)를 통하여 흐르는 동안, 역기전력에 의한 전류가 흐르는 회로의 전기적 저항으로 인하여 에너지가 소모된다. 모터(2)의 코일(미도시), 구동 회로(210)의 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)의 작은 전기적 저항에 의하여 열에 발생한다. 다시 말해, 모터(2)의 회전 운동 에너지는 전기 에너지(역기전력에 의한 전류)로 변환되고, 전기 에너지는 모터(2)의 코일(미도시), 구동 회로(210)의 3개의 하단 스위칭 회로(Q214~Q216)의 작은 전기적 저항으로 인하여 열에너지로 소모된다. 그 결과, 모터(2)의 회전 운동 에너지는 점점 작아져서 모터(2)가 정지하게 된다.

이와 같이 구동부(200)가 모터(2)의 회전을 제동시키는 모터 제동 모드로 동작하는 것은 구동 제어 회로(220)가 평활 캐패시터(C121)와 디텍팅 캐패시터(C131)에 저장된 전기 에너지를 대부분 소모할 때까지이다. 즉, 평활 캐패시터(C121)와 디텍팅 캐패시터(C131)에 저장된 전기 에너지가 대부분 소모되어 스위칭 전원 회로(133)가 구동 제어 회로(220)가 정상적으로 동작할 수 있는 전압을 갖는 제2 전원을 공급하지 못하면 구동 제어 회로(220)는 그 기능을 상실하고, 모터(2)는 다시 자유롭게 회전하게 된다.

이와 모터(2)가 다시 자유롭게 회전하게 되면, 모터(2)는 역기전력에 의한 전류를 통하여 전원부(100)의 평활 캐패시터(C121)에 다시 전기 에너지를 공급한다. 즉, 전원부(100)는 에너지 저장 모드로 동작한다.

도 7을 참조하면, 외부 전원(1)가 정상적으로 동작하는 동안에는 스위칭 모드 전원 회로(133)에는 충분한 전압의 전원이 공급되고, 스위칭 모드 전원 회로(133)는 구동 제어 회로(220)에 제2 직류 전압을 갖는 제2 전원을 공급한다.

외부 전원(1)의 전원 공급이 중단되면, 평활 캐패시터(C121)에 저장된 전기 에너지는 빠르게 소모되어 평활 캐패시터(C121) 양단의 전압은 급격히 낮아지고, 디텍팅 캐패시터(C131)에 저장된 에너지 역시 소모되어 디텍팅 캐패시터(C121) 양단의 전압 역시 낮아진다. 다만, 구동 제어 회로(220)는 구동 회로(210)에 비하여 소모하는 전력이 작으므로 디텍팅 캐패시터(C131) 양단의 전압은 평활 캐패시터(C121) 양단의 전압에 비하여 천천히 낮아진다.

외부 전원(1)의 전원 공급이 중단된 이후, 구동 제어 회로(220)가 전원 공급 중단 사실을 인식하면 구동 제어 회로(220)는 모터(2)를 단락 제동하기 위한 제어 신호를 구동 회로(210)에 제공한다. 즉, 전원부(100)와 구동부(200)는 모터 제동 모드(A)로 동작한다.

구동 제어 회로(220)가 구동 회로(210)를 제어하는 사이 디텍팅 캐패시터(C131)에 저장된 전기 에너지가 소모되어 스위칭 모드 전원 회로(133)가 구동 제어 회로(220)에 제2 전원을 공급하지 못하면 모터(2)는 자유롭게 회전하고, 모터(2)는 역기전력에 의한 전류를 통하여 평활 캐패시터(C131)에 전기 에너지를 공급한다. 즉, 전원부(100)와 구동부(200)는 에너지 저장 모드(B)로 동작한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 외부 전원(1)이 차단된 이후 모터(2)의 회전이 정지할 때까지 전원부(100)와 구동부(200)는 모터 제동 모드(A)와 에너지 저장 모드(B)를 교대로 수행한다.

도 8은 일 실시예에 의한 전원부와 구동부의 동작을 도시한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 구동부(200, 도 1 참조)는 외부 전원(10, 도 1 참조)의 전원 공급이 중단되었는지 여부를 판단한다(205).

외부 전원(10, 도 1 참조)의 전원 공급이 중단되지 않았으면(205의 아니오), 전원부(100)와 구동부(200)는 정상 동작을 수행한다(210).

외부 전원(10, 도 1 참조)의 전원 공급이 중단되면(205의 예), 구동부(200)는 모터(20, 도 1 참조)를 단락 제동한다.

이상에서는 개시된 발명의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 개시된 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 요지를 벗어남 없이 개시된 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능함을 물론이고 이러한 변형실시들은 개시된 발명으로부터 개별적으로 이해되어져서는 아니될 것이다.

10: 외부 전원 20: 모터
100: 전원부 110: 정류 회로
120: 평활 회로 130: 전압 강하 회로
131: 피크 디텍터 133: 스위칭 모드 전원 회로
200: 구동부 210: 구동 회로
220: 구동 제어 회로 C121: 평활 캐패시터
C131: 디텍팅 캐패시터 D131: 디텍팅 다이오드

Claims

모터에 구동 전류를 공급하는 구동부;
외부 전원으로부터 공급되는 전원을 변환하여 상기 구동부에 직류 전원을 공급하는 전원부를 포함하되,
상기 외부 전원으로부터 전원 공급이 중단되면 상기 전원부는 상기 모터로부터 전원을 공급받아 상기 구동부에 직류 전원을 공급하는 것인 모터 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동부는,
상기 모터를 구동하는 구동 전류를 생성하는 구동 회로;
상기 구동 회로를 제어하는 구동 제어 회로를 포함하는 것인 모터 구동 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원부는,
상기 외부 전원으로부터 공급되는 전기 에너지를 저장하고 상기 구동 회로에 제1 전원을 공급하는 평활 회로;
상기 평활 회로가 출력하는 제1 직류 전압을 제2 직류 전압으로 변환하여 상기 구동 제어 회로에 제2 전원을 공급하는 전압 변환 회로를 포함하는 것인 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 전압 변환 회로는,
상기 평활 회로부터 전기 에너지를 공급받는 디텍팅 캐패시터;
상기 디텍팅 캐패시터로부터 상기 평활 회로로 전류가 흐르는 것을 방해하는 디텍팅 다이오드;
상기 디텍팅 캐패시터의 출력 전압을 변환하여 제2 전원을 생성하는 스위칭 모드 전원 회로를 포함하는 것인 모터 구동 장치.
제3항에 있어서,
상기 평활 회로는 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 상기 구동 제어 회로가 동작하기 위하여 요구되는 제3 전압 미만이면, 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 제3 전압에 도달할 때까지 상기 모터부터 역기전력에 의한 전류를 공급받아 전기 에너지를 저장하는 것인 모터 구동 장치.
제5항에 있어서,
상기 구동 제어 회로는 상기 전압 변환 회로의 출력 전압이 제3 전압에 도달하면 상기 모터를 제동시키는 제어 신호를 상기 구동 회로에 전달하는 것인 모터 구동 장치.
제6항에 있어서,
상기 구동 제어 회로는 상기 모터를 단락 제동시키는 것인 모터 구동 장치.
제6항에 있어서,
상기 구동 회로는 전원과 연결되는 상단 스위칭 회로와 접지와 연결되는 하단 스위칭 회로를 포함하는 것인 모터 구동 장치.
제8항에 있어서,
상기 모터를 제동시키기 위하여 상기 구동 제어 회로는 상기 상단 스위칭 회로는 턴오프시키고, 상기 하단 스위칭 회로를 턴온시키는 것인 모터 구동 장치.
제6항에 있어서,
상기 구동 제어 회로가 상기 모터를 제동시키는 동안, 상기 평활 회로는 상기 저장된 전기 에너지를 상기 전압 변환 회로에 공급하는 것인 모터 구동 장치.
외부 전원으로부터 공급되는 전원을 변환하여 모터를 구동하는 모터 구동 장치의 제어 방법에 있어서,
상기 외부 전원의 전원 공급이 중단되면, 상기 모터로부터 전기 에너지를 공급받고;
상기 전기 에너지를 이용하여 상기 모터의 회전을 제동시키는 것을 포함하는 모터 구동 장치의 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 모터로부터 전기 에너지를 공급받는 것은,
상기 모터의 역기전력으로 인한 전류를 공급받고;
상기 역기전력에 의한 전류를 통하여 전기 에너지를 저장하는 것을 포함하는 것인 모터 구동 장치의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 모터의 회전을 제동시키는 것은 상기 모터를 단락 제동시키는 것을 포함하는 것인 모터 구동 장치의 제어 방법.