KR910001961B1 - Arrangement for starting brushless motor - Google Patents

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Abstract

A new driver has several sensing patterns (S1-S2) on PCB including stator coils. Voltage is induced in sensing pattern and the voltage is amplified to drive motor. Then the system solves irregular rotation and wave distortion caused by voltage unbalance and placement error of Hall sensors in the conventional system. The driver is composed of parts, i.e. frequency generation circuit proportional to driving voltage, 3 phase signal generator, driving part, position sensing part for magnets, amplifier and comparator for amplified and reference signal.

Description

브러시리스 모터의 구동회로Drive circuit of brushless motor

제1도는 본 발명에 따른 브러시리스 모터의 구동회로도1 is a driving circuit diagram of a brushless motor according to the present invention.

제2도는 본 발명에 이용되는 감지패턴의 배치도.2 is a layout view of a sensing pattern used in the present invention.

제3도는 본 발명을 설명하기 위한 가부의 파형도.3 is a waveform diagram of the part to explain the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawings

VCO: 전압발진기 FF1-FF3: D플립플롭VCO: Voltage Oscillator FF 1 -FF 3 : D Flip-Flop

IN1,IN2: 인버터 BF1-BF3: 버퍼IN 1 , IN 2 : Inverter BF 1 -BF 3 : Buffer

M : 모터 S1-S3: 감지패턴M: Motor S 1 -S 3 : Detection Pattern

FET1-FET6: MOS 스위치 COM1-COM4: 비교기FET 1 -FET 6 : MOS Switch COM 1 -COM 4 : Comparator

OP1-OP3: 증폭기 L1-L3: 고정자코일OP 1 -OP 3 : Amplifier L 1 -L 3 : Stator coil

본 발명은 브러시리스 모터를 구동시키기 위한 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a circuit for driving a brushless motor.

현지 사용되고 있는 2상 또는 3상 브러시리스 모터는 2 또는 3개의 홀소자를 배치하여 순간순간의 자석위치를 감지하여 2상 또는 3상 파형을 만들고, 이들 구동용 IC에 인가함으로써 구동용 IC에 의해 동작되도록한 것이었다.Locally used two- or three-phase brushless motors operate by driving ICs by placing two or three Hall elements to detect the momentary magnet position to produce two-phase or three-phase waveforms, and applying them to these driving ICs. It was as possible.

그러나, 모터에 다수의 홀소자는 배치할 경우에는 각각의 흘소자를 불평형 전압차이 및 홀소자간의 간격오차로 인해 모터의 회전이 불균일하거나 위상의 찌그러짐이 발생할뿐만 아니라, 홀소자 및 홀소자를 구동시키기 위한 회로부품으로 인해 모터 설계에 있어서 많은 제약조건이 유발되는 문제점이 있었다.However, when a plurality of Hall elements are arranged in the motor, each of the flow elements may be unbalanced or distorted in phase due to an unbalanced voltage difference and a gap between the Hall elements, and also to drive the Hall elements and the Hall elements. Due to the circuit components, there are problems that cause many constraints in the motor design.

따라서, 본 발명의 목적은 홀소자 대신 다수의 감지패턴을 고정자코일이 장착되는 PCB에 배치시켜, 감지패턴에 유기되는 전압을 증폭하여 모터를 구동시킴으로써, 홀소자로 인한 종래의 문제점을 해결하기 위한 브러시리스 모터의 구동회로를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to place a plurality of sensing patterns on the PCB on which the stator coil is mounted instead of the Hall element, and amplify the voltage induced in the sensing pattern to drive the motor, thereby solving the conventional problems caused by the Hall element. The present invention provides a driving circuit for a lease motor.

본 발명은 모터의 초기 구동시 구동전압에 비레하는 주파수를 발생시키기 위한 수단; 발생된 주파수를 이용하여 모터에 적합한 파형을 발생시키기 위한 수단; 모터를 구동시키기 위한 구동수단; 모터가 구동됨에 따라 자석의 순간적인 위치를 감지하기 위한 감지수단; 감지된 전압을 증폭하기 인한 증폭수단 및; 증폭된 신호를 비교하기 위한 비교수단으로 구성된다.The present invention includes means for generating a frequency in proportion to the drive voltage during the initial drive of the motor; Means for generating a waveform suitable for the motor using the generated frequency; Drive means for driving a motor; Sensing means for sensing the instantaneous position of the magnet as the motor is driven; Amplification means for amplifying the sensed voltage; Comprising means for comparing the amplified signal.

본 발명에 따른 주파수 발생수단은 모터(M)의 초기 구동시 저항(R)과 콘덴서(C)에 의해 전압이 서서히 증가하고, 이 전압에 비례하는 주파수를 발생시키는 전압발진기(VC0)와, 모터(M)가 외부조건에 의해 기동되지 않을경우 콘덴서(C)에 충전된 전압을 방전시키기 위한 트랜지스터(Q1-Q3)로 구성된다.The frequency generating means according to the present invention includes a voltage oscillator VC0 and a motor which gradually increase in voltage by the resistor R and the condenser C during initial driving of the motor M, and generate a frequency proportional to the voltage, and the motor. When (M) is not activated by external conditions, it is composed of transistors Q 1 -Q 3 for discharging the voltage charged in the capacitor C.

전압발진기(VCO)에서 발생된 주파수를 이용하여 모터(M)에 적합한 3상 파형을 발생시키는 수단은 D-플립플롭(FF1-FF3) 및 인버터(IN1)로 구성되고 모터구동수단은 MOS 스위치(FET1-FET6)와 인버터(IN2) 및 버퍼(BF1-BF3)로 구성된다.The means for generating a three-phase waveform suitable for the motor M by using the frequency generated by the voltage oscillator VCO is composed of a D-flip flop (FF 1- FF 3 ) and an inverter (IN 1 ) and the motor driving means It consists of a MOS switch (FET 1 -FET 6 ), an inverter (IN 2 ) and a buffer (BF 1 -BF 3 ).

또한, 감지수단은 모터의 회전시 3상 펄스를 감지하기 위한 감지패턴(S1-S3)으로 구성되고, 감지된 전압을 증폭하기 위한 증폭수단은 증폭기(OP1-OP3)로 구성되며, 증폭된 신호를 비교하기 위한 비교수단은 비교기(COM1-COM4)로 구성될 수 있다.In addition, the sensing means is composed of a sensing pattern (S 1- S 3 ) for detecting a three-phase pulse when the motor rotates, the amplifying means for amplifying the sensed voltage is composed of an amplifier (OP 1 -OP 3 ) The comparator means for comparing the amplified signal may be configured with a comparator (COM 1 -COM 4 ).

본 발명은 저1도에 도시한 바와같이, 저항(R)과 콘덴서(C)가 공정된 곳에는 트랜지스터(Q1)의 콜렉터가 연결되고, 그의 베이스에는 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q3)가 직렬로 연결되고, 트랜지스터(Q2)의 에미터는 비교기(COM4)의 출력단과 MOS 스위치(FET1-FET3)의 게이트가 연결된다.In the present invention, as shown in FIG. 1 , the collector of transistor Q 1 is connected to the place where resistor R and capacitor C are processed, and at the base thereof, transistor Q 2 and transistor Q 3. ) Is connected in series, and the emitter of the transistor Q 2 is connected to the output terminal of the comparator COM 4 and the gate of the MOS switch (FET 1 -FET 3 ).

MOS 스위치(FET1-FET3)의 게이트는 인버터(IN2)를 통해 MOS 스위치(FET4-FET6)의 게이트와 연결되어 있으며, 그의 드레인 단자는 비교기(COM1-COM3)의 출력단과 각각 연결되며, MOS 스위치(FET1-FET3)와 MOS 스위치(FET4-FET6)의 소오스단자는 각각 연결되어 버퍼(BF1-BF3)의 입력단자에 각각 접속된다.The gate of the MOS switch (FET 1 -FET 3 ) is connected to the gate of the MOS switch (FET 4 -FET 6 ) through the inverter IN 2 , and its drain terminal is connected to the output terminal of the comparator (COM 1 -COM 3 ). The MOS switches (FET 1- FET 3 ) and the source terminals of the MOS switches (FET 4- FET 6 ) are respectively connected to the input terminals of the buffers BF 1- BF 3 .

그리고, D-플립플롭(FF1-FF3)의 출력단은 MOS 스위치(FET1-FET3)의 드레인단지에 연결되도록 구성된다.The output terminal of the D-flip flop FF 1- FF 3 is configured to be connected to the drain terminal of the MOS switch FET 1 -FET 3 .

제2도는 본 발명에 이용되는 감지패턴의 배치도를 도시한 것으로서, 본 발명은 모터(M)의 자석의 착자극을 "8"극으로 하고 고정자코일을 6개를 사용한 3상 Y결선 모터에 관한 것이다. 본 실시예에서, 3상의 펄스를 만들기 위해 3개의 감지패턴(S1-S3)을 고정자코일을 지지하는 PCB에 15°(즉

Figure kpo00001
)간격으로 배치하였다.2 is a layout view of a sensing pattern used in the present invention. The present invention relates to a three-phase Y-connected motor using six stator coils and a magnetizing magnetic pole of a magnet of the motor M as an "8" pole. will be. In this embodiment, three sensing patterns (S 1 -S 3 ) are placed at 15 ° (ie
Figure kpo00001
) At intervals.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 제1도 및 제3도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The operation of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 3.

우선, 모터(M)를 구동시키고자 할 경우, 전원이 공급되면, 저항(R)과 콘덴서(C)에 의해 콘덴서(C)에 전압이 서서히 증가하게 된다. (제3도(g)참조)First, in the case where the motor M is to be driven, when power is supplied, the voltage gradually increases to the capacitor C by the resistor R and the capacitor C. (See Figure 3 (g))

이때 이러한 전압에 비례하는 주파수가 전압발진기(VCO)에 의해 제3도(h)와 같이 발생되어 D-플립플롭(FF1)에 인가되면, D-플립플롭(FF1)은 그의 출력을 MOS 스위치(FET1)의 드레인단자에 공급함과 동시에 D-프리플록(FF2)에 제공한다. 그리고, D-플립플롭(FF2)의 출력은 D-플림플롭(FF3)의 입력으로 제공되고, D-플립플롭(FF)에서 발생된 신호는 인버터(IN1)를 통해 D-플립플롭(FF2)(FF3)의 출력은 각각 MOS 스위치(FET1-FET3)로 공급된다. 즉 D-플립플롭(FF1-FF3)은 3상 파형을 출력하게 된다.At this time when such a frequency proportional to the voltage is generated as shown in FIG. 3 (h) by a voltage oscillator (VCO) is a D- flip-flop (FF 1), D- flip-flop (FF 1) is its output MOS It is supplied to the drain terminal of the switch FET 1 and provided to the D-preflock FF2. The output of the D-flip-flop FF 2 is provided to the input of the D-flip-flop FF 3 , and the signal generated from the D-flip-flop FF is transferred to the D-flip-flop through the inverter IN 1 . The outputs of (FF 2 ) and (FF 3 ) are fed to the MOS switches (FET 1 -FET 3 ), respectively. That is, the D-flip flop (FF 1 -FF 3 ) outputs a three-phase waveform.

한편, 모터를 구동시키기 위한 전원(Vcc)이 인가됨에 따라 비교기(COM4)의 출력은 하이상태가 되므로 이 하이상태의 신호는 MOS 스위치(FET1-FET3)의 게이트에 직접 공급되고, 인버터(IN2)를 경유하여 로우로 반전된뒤 MOS 스위치(FET4-FET6)의 게이트에 인가된다.On the other hand, since the output of the comparator COM 4 becomes high as the power supply Vcc for driving the motor is applied, the signal of this high state is directly supplied to the gates of the MOS switches FET 1 to FET 3 , and the inverter It is inverted low via (IN 2 ) and applied to the gate of the MOS switch (FET 4 -FET 6 ).

따라서, MOS 스위치(FET1-FET3)는 턴온되고, MOS 스위치(FET4-FET6)는 오프되므로 D-플립플롭(FF1-FF3)의 출력은 MOS 스위치(FET1-FET3)를 경유하여 버퍼(BF1-BF3)에 인가되어 모터(M)의 고정자코일(L1-L3)에는 비동기된 자장이 형성되고 이 자장이 회전하므로 자계가 형성되어 모터(M)가 회전자계를 따라 회전을 시작하게 된다.Thus, the MOS switch (FET 1- FET 3 ) is turned on and the MOS switch (FET 4- FET 6 ) is off, so the output of the D-flip flop (FF 1- FF 3 ) is the MOS switch (FET 1- FET 3 ). is applied to the buffer (BF 1 -BF 3) via the asynchronous magnetic field has a stator coil (L 1 -L 3) of the motor (M) is formed in the rotating magnetic field is so formed that the magnetic field motor (M) times the The rotation starts along the electromagnetic field.

일단, 모터(M)가 회전하기 시작하면, 감지패턴(S1-S3)에는 기전력이 인가되는바, 이러한 감지패턴(S1-S3)에 의해 감지된 신호는 증폭기(OP1-OP3)에 의해 각각 증폭된다. (제3도(a)-(c))참조Once the motor (M) when the start to rotate, sensing patterns (S 1 -S 3), the electromotive force is applied to the bar, such sensing pattern signal detected by the (S 1 -S 3) an amplifier (OP 1 -OP that Amplified by 3 ). See Figures 3 (a)-(c).

이럴게 증폭된 신호는 비교기(COM1-COM3)의 반전인자에 각각 입력되며, 증폭기(OP1)의 출력은 비교기(COM4)의 반전단자에 인가된다.The amplified signals are input to the inverting factors of the comparators COM 1 to COM 3 , respectively, and the output of the amplifier OP 1 is applied to the inverting terminals of the comparator COM 4 .

비교기(COM1-COM3)는 입력된 신호를 기준전압과 비교하여 그의 출력단들을 통해 제3도 (d)-(f)와 같은 파형을 MOS 스위치(FET1-FET3)는 오프되고 MOS 스위치(FET4-FET6)는 온되고 비교기(COM1-COM3)의 출력이 전력 증폭기인 버퍼(BF1-BF3)에 인가되므로 모터(M)가 회전을 계속하게 된다. 즉 회전수가 점점 높아지면 비교기(COM4)의 출력이 "로우"로 되어 감지패턴(S1-S3)의 출력(동기된 신호)에 의해 모터(M)가 계속 회전된다.The comparator (COM 1 -COM 3 ) compares the input signal with the reference voltage and through the output terminal thereof the waveform as shown in Figs. 3 (d)-(f) is turned off and the MOS switch (FET 1 -FET 3 ) is turned off. (FET 4 -FET 6) is so turned on is applied to the comparator (COM 1 -COM 3) the power amplifier output of the buffer (BF 1 -BF 3) is of the motor (M) continues to rotate. That is, when the rotation speed becomes higher and higher, the output of the comparator COM 4 becomes "low" and the motor M continues to rotate by the output (synchronized signal) of the sensing patterns S 1 -S 3 .

그러나, 외부조건에 의해 모터(M)가 기동되지 않을 경우, 콘덴서(C)에 충전된 전압은 방전되고, 새로이 스타팅을 시도한다. 즉 전압발진기(VCO)에서 낮은 주파수에서 서서히 증가하는 파형을 만들어 모터(M)에 인가한다. (제5도(g)의 (A)점 위치) 모터가 회전하게 됨에 따라 그에 비례하여 감지패턴(S1-S3)의 출력펄스가 커지게 되는바, 이러한 펄스가 비교기(COM4)의 비반전 입력보다 커지면 비교기(COM4)는 로우신호를 출력한다.However, when the motor M is not started due to external conditions, the voltage charged in the capacitor C is discharged, and a new starting is attempted. That is, the waveform is gradually increased at a low frequency in the voltage oscillator (VCO) and applied to the motor (M). (A point position in FIG. 5 (g)) As the motor rotates, the output pulses of the sensing patterns S 1 -S 3 become larger in proportion to the motor, and the pulses of the comparator COM 4 When larger than the non-inverting input, the comparator COM 4 outputs a low signal.

외부조건에 의해 모터가 전혀 구동되지 않을경우, 트랜지스터(Q3)의 베이스 전압이 증가하고, 비교기(COM4)의 출력은 하이상태에 있으므로 트랜지스터(Q3)가 "온"되고 트랜지스터(Q2)도 "온"된다. 트랜지스터(Q2)가 "온"됨에 따라 트랜지스터(Q1)가 "온"되어 콘덴서(C)의 전압을 방전시키므로 새로이 모터를 구동시키도록 한다. (제3도(g)(h) 참조)When the motor is not driven at all due to external conditions, the base voltage of transistor Q 3 increases and the output of comparator COM 4 is in a high state, so transistor Q 3 is "on" and transistor Q 2. ) Is also "on". As the transistor Q 2 is "on", the transistor Q 1 is "on" to discharge the voltage of the capacitor C so that the motor is newly driven. (See Figure 3 (g) (h))

이와같이 동작하는 본 발명은 감지패턴을 PCB에 배치시켜 감지패턴에 유기되는 펄스의 증폭하여 모터를 구동시키는 특징을 지닌 것이다.The present invention operating as described above has a feature of driving a motor by amplifying a pulse induced in the sensing pattern by placing the sensing pattern on a PCB.

비록 본 발명의 3상 모터에 관해 기술되었을지라도 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라 모터의 자석극수와 상수에 따라 감지패턴의 수를 조정하고 그에 따른 증폭기 및 비교기의 수를 조절할 경우에는 2상 브러시리스 모터에도 적용될 수 있음을 알수 있다.Although described with respect to the three-phase motor of the present invention, the present invention is not limited to this, but in the case of adjusting the number of sensing patterns according to the number of magnet poles and the constant of the motor and the number of amplifiers and comparators accordingly, the two-phase brushless It can be seen that it can be applied to a motor.

Claims (3)

전원이 입력될때 3상 파형을 발생시켜 모터를 구동시키는 것에 있어서, 모터의 초기 구동시 구동전압에 비례하는 주파수를 발생시키기 위한 수단; 모터가 구동됨에 따라 자석의 순간적인 위치를 감지하는 수단; 상기의 감지된 전압을 증폭하기 위한 수단 및; 상기의 증폭된 신호를 기준신호와 비교하기 위한 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 구동회로.Generating a three-phase waveform when power is input to drive the motor, comprising: means for generating a frequency proportional to a drive voltage during initial driving of the motor; Means for detecting the instantaneous position of the magnet as the motor is driven; Means for amplifying the sensed voltage; And a means for comparing the amplified signal with a reference signal. 제1항에 있어서, 상기의 주파수 발생수단은 저항(R), 콘덴서(C), 트랜지스터(Q1-Q3) 및 전압발진기(VCO)로 구성됨을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 구동회로.2. The driving circuit of claim 1, wherein the frequency generating means comprises a resistor (R), a capacitor (C), a transistor (Q 1- Q 3 ), and a voltage oscillator (VCO). 제1항에 있어서, 상기의 감지수단은 PCB위에 소정의 간격으로 배치된 감지패턴(S1-S3)으로 구성되며, 소정의 간격은 자석의 착자극과 상수에 의해 결정됨을 특징으로 하는 브러시리스 모터의 구동회로.The brush of claim 1, wherein the sensing means comprises sensing patterns S 1 -S 3 arranged on the PCB at predetermined intervals, the predetermined interval being determined by a magnetizing stimulus and a constant of the magnet. The driving circuit of the lease motor.
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