KR930004028B1

KR930004028B1 - 속도가변 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템

Info

Publication number: KR930004028B1
Application number: KR1019900014774A
Authority: KR
Inventors: 김형욱
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1990-09-18
Filing date: 1990-09-18
Publication date: 1993-05-19
Also published as: KR920007319A

Abstract

내용 없음.

Description

속도가변 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템

제1도는 종래의 직류브러쉬리스모터의 제어시스템 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 속도가변 직류브러쉬리스모터의 제어시스템 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 기준주파수발생기 12 : 분주기

12a : 제어버스 13 : 주파수-전압변환기

14 : PLL제어기 15 : 이득세트부

15a : 이득앰프 16 : 증폭부

17 : 모터구동부 18 : 브러쉬리스직류모터

19 : 주파수발생기

본 발명은 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템에 관한 것으로, 특히 정밀하게 속도제어되는 모터의 속도를 필요에 따라 가변시킬 수 있도록 한 속도가변 브러쉬리스 질직류모터의 제어시스템에 관한 것이다.

종래의 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템을 첨부된 도면을 참조해 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템 구성도로서, 이에 도시된 바와 같이 브러쉬리스 직류모터(5)의 회전수에 따른 주파수발생을 하는 주파수발생기(6)와, 모터의 회전수를 결정하기 위한 기준주파수발생기(7)와, 상기 주파수발생기(6)의 주파수출력과 기준주파수발생기(7)의 기준주파수를 비교하여 모터회전속도제어신호를 발생시키는 PLL(Phase Loked loop) 제어기(1)와, 그 PLL제어기(1)의 출력을 이득제어하는 이득세트부(2)와, 그 이득세트부(2)를 통한 제어신호를 증폭하는 증폭부(3)와, 그 증폭부(3)의 출력을 인가받아 상기 직류모터(5)를 구동시키는 모터구동부(4)로 구성되었다.

이와 같이 구성된 종래 브러쉬리스 직류모터 제어시스템의 작용 및 문제점을 설명하면 다음과 같다.

브러쉬리스직류모터(5)의 회전수를 홀센서등으로 검출하여 이를 주파수신호로 파형 정형하고 증폭시키는 주파수발생기(6)의 출력과 모터의 회전을 위한 기준주파수발생기(7)의 출력을 PLL제어기(1)에서 입력받아 두 주파수의 위상비교를 한다. 즉, PLL제어기(1)는 주파수발생기(6)의 출력인 출력인 회전수 요구값이 될때까지 위상비교하면서 모터의 회전수를 일정하게 유지하도록 제어한다.

초기에 시작(Start)신호를 인가하면, PLL제어기(1)에서 기준주파수와 모터속도에 따른 주파수를 비교하면서 주파수 도입범위(Cap tare range)에 들어가기 전까지 위상비교출력을 고전위로 하여 모터의 속도를 가속시킨다. 이후 두 신호간의 주파수가 비슷해지면 위상차에 의한 출력이 모터에 인가되어 0.01% 이하의 정밀도로 모터회전속도를 제어한다.

여기서, 주파수도입범위란 비동기상태에서 기준주파수에 가깝게 모터회전속도에 따른 주파수를 접근시켰을때 동기해서 얻을 수 있는 대역폭이다. 위상제어기(1)의 출력은 위사비교출력이 필터를 사용해 직류아날로그값으로 변환된 후 이득세트부(2)에서 출력범위를 제한하고 증폭부(3)에서 증폭되어 모터구동부(4)에 인가된다. 모터구동부(4)는 인가되는 전압에 비례해서 내부 로직스위칭속도를 조절함으로써 모터회전속도를 제어한다.

그러나, 모터의 회전속도를 정밀하게 가변시켜야 할 경우에는 로크범위(Rock Range)가 문제되는데, 로크범위란 동기상태에서 동기가 유지될 수 있는 대역폭을 말하므로 이는 PLL제어기(1)의 필터링과 출력의 증폭이득에 의해 크게 좌우된다.

모터회전속도에 따라 제어시스템 전체 이득범위가 영향을 받게되므로 이에 따라 불안정하거나, 로크범위에서 벗어날 수도 있어 시스템 전체가 불안정하게 된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 모터의 회전속도를 가변시킬때 입력의 변화로 로크범위가 변하는 것을 보상하여 시스템의 안정화를 기할 수 있는 제어시스템을 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조해 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류모터 제어시스템 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 기준주파수를 발생하는 기준주파수발생부(11)와, 그 기준주파수를 중앙처리장치의 제어에 따라 부주시키는 분주기(12)와, 그 분주기(12)의 출력을 전압으로 변환시키는 주파수-전압변환기(13)와, 상기 분주기(12)의 출력인 분주된 주파수와 모터(18)의 회전 속도에 따른 주파수발생을 하는 주파수발생기(19)의 출력(FG)을 비교하여 제어신호를 발생시키는 PLL제어기(14)나, 그 PLL제어기(14)의 출력을 상기 주파수-전압변환기(13)의 출력에 따른 로크범위조정에 의해 변화범위를 세트시켜 이득조절을 하는 이득세트부(15)와, 그 이득세트부(15)를 통해 PLL제어기(14)의 출력을 증폭부(16)를 통해 인가받아 상기 모터(18)의 구동제어를 하는 모터 구동부(17)로 구성하였다.

여기서, 분주기(12)는 상기 기준주파수발생기(11)의 기준주파수(fo)를 입력받아 제1분주기(N1), 제2분주기(N2) 및 제3분주기(N3)를 순차적으로 통해 분주신호(fo/N3N2N1)를 발생시키는데, 각 분주기(N1-N3)는 중앙처리장치(CPU)로부터 제어버스(12a)를 통해 각기 4비트씩 분주제어신호를 인가받아 분주하도록 구성하였다. 또한, 이득세트부(15)를 상기 주파수-전압변환기(15)의 출력을 이득앰프(15a)를 통해 증폭후 저항(R11)을 통해 연산증폭기(PO11)의 비반전입력단자(+)에 인가함과 아울러 접지저항(R12),(R13) 및 접지콘덴서(C11),(C12)에 인가하고, 상기 PLL제어기(14)의 주파수도입범위내 제어신호(AFC) 및 도입범위후 제어신호(AFC:Automatic Phase Comparator)를 각기 저항(R_F), (R_P)을 통한 후 공통으로 저항(R18)을 통해 풀업받아 상기 연산증폭기(OP11)의 상기 비반전입력단자(+)에 인가하며, 그 연산증폭기(OP11)의 출력을 반전입력단자(-)에 부궤환시킴과 아울러 상기 증폭부(16)에 출력하도록 구성하였다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

중앙처리장치(CPU)로부터 시작신호(ST)가 입력되면 PLL제어기(14)가 분주기(12)로부터 입력되는 (f1)와 주파수발생기(19)로부터 입력되는 모터속도에 따른 주파수(FG)를 내부의 위상비교기를 통해 위상비교한다. 먼저 분주기(12)를 통해 입력되는 기준주파수(f1)와 주파수발생기(19)의 모터실회전수에 따른 주파수(F6)가 주파수도입범위내에 들어가기 전까지는 자동주파수제어출력(AFC) 및 위상비교출력(APC)을 고전위로 출력하여 모터(18)의 속도를 기준주파수(f)에 가깝도록 증가시킨다. 이후 주파수도입범위내에 있게되면, 위상비교에 따른 출력(APC)을 제어하여 모터(18)의 속도를 제어한다.

그리고, 분주기(12)는 수정발진기(x-tal)에 의해 주파수를 발생하는 기준주파수발생기(11)의 출력(fo)을 인가받아 제1분주기(N1), 제2분주기(N2) 및 제3분주기(N3)를 통해 순차적으로 분주하는데, 각 분주기(N1-N3)들은 중앙처리장치(CPU)로부터 제어버스(12a)를 통해 4비트씩의 분주제어신호를 인가받아 분주한다. 즉, 분주기(12)의 분주를 제어하여 모터(18)의 속도를 가변시킬 수 있도록 하기 위함이다. 이 분주기(12)의 출력(f1=

)은 PLL제어기(14)의 입력(f1) 및 주파수-전압변환기(13)에 인가되어 PLL제어기(14)에서는 모터(18)의 회전속도에 따른 주파수(FG)와 위상비교되고, 주파수-전압변환기(13)에서는 직류전압신호로 변환된다. 이 주파수-전압변환기(13)의 출력은 이득세트부(15)의 이득앰프(15a)를 통해 버퍼링 및 증폭되어 저항(R11) 및 저항(R12)에 의해 분압된 신호로 연산증폭기(OP11)의 비반전입력 단자(+)에 인가된다. PLL제어기(14)의 주파수도입범위 이전자동주파수제어출력(AFC) 및 주파수도입범위 이후 위상비교출력(APC)은 저항(R_F), (R_P)을 통해 인가되므로 이 저항(R_F), (R_P)의 조절로 모터(18)의 동작시간시간(Starting time)을 제어하며, 입력범위제한 즉, PLL제어기(14)의 출력범위제한은 저항(R18),(R13)의 분주된 값으로 연산증폭기(OP11)에 인가되어 입력범위제한을 한다. 이때 콘덴서(C11)는 저역통과필터링을 하고, 콘덴서(C12)는 고주파수잡음제거작용을 하다. 따라서, 주파수-전압변환기(13)의 출력이 모터(18)의 회전수고도가변에 따라 변화되는 값이 되어 로크범위가 되고, 이 로크범위에 따라 위상제어기(14)의 제어출력의 변화범위가 세트되어 이득세트부(15)에서 출력된다. 이 이득세트부(15)의 출력은 증폭부(16)를 통해 증폭된 후 모터구동부(17)에 인가된다. 이에 따라 모터구동부(17)는 입력되는 전압값에 따라 로직스위칭시간을 비례하게 조절하여 모터(18)를 구동시킨다.

또한, 주파수발생기(19)는 모터(18)의 회전속도를 홀센서등을 통해 검출하여 증폭 및 필터링시켜 파형 정형화된 주파수신호(FG)로 PLL제어기(14)에 인가시킨다.

이와 같이 직류브러쉬리스모터의 속도를 필요에 따라 증감시킬 때 분주기(12)의 분주제어를 하여 PLL제어기(14)를 통해 정밀하게 제어하고, 이때 모터속도가변에 의해 로크범위가 변화되는 것을 보상해주어 회로의 안정화를 이룰 수 있으며, 3단분주를 사용하여 회전수를 0.1%가지 변화시키면서 안정되게 사용할 수 있다. 여기서 모터의 회전속도안정도는 0.1% 이하이고, 모터의 회전속도증감은 중앙처리장치나 외부로부터 분주기(12)의 분주제어로 속도변화를 시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 PLL제어로 브러쉬리스 직류모터의 속도를 제어할때 기준주파수를 분주시켜 원하는 속도가변을 이룰 수 있으며, 이는 레이저프린터의 스캐너나 일반스캐너의 발광부분 및 컴팩트디스크(C.D)구동회로 또는 하드디시크드라이버등 기타 장비등에 사용 가능한 효과가 있다.

Claims

기준주파수발생기(11)로부터 발생되는 기준주파수를 외부분주제어에 따라 분주하는 분주기(12)와, 그 분주기(12)의 분주된 주파수(f1)와 모터(18)의 실회전수에 따른 주파수발생기(19)의 회전수파수(FG)를 위상비교하여 제어신호를 발생하는 PLL제어기(14)와, 상기 분주기(12)의 분주된 주파수(f1)를 전압으로 변환하는 주파수-전압변환기(13)와, 그 주파수-전압변환기(12)의 출력에 의한 로크범위에서 상기 PLL제어기(14)의 출력범위를 조정하여 이득세트시키는 이득세트부(15)를 구비한 후 그 이득세트부(15)의 출력을 증폭부(16)를 통해 모터구동부(17)에 인가하여 브러쉬리스직류모터(18)를 통해 모터구동부(17)에 인가하여 브러쉬리스직류모터(18)를 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 속도가변 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템.
제1항에 있어서, 기준주파수발생기(11)의 출력을 인가받아 제어버스(12a)를 통한 각 분주제어에 따라 제1분주기(N1), 제2분주기(N2) 및 제3분주기(N3)를 순차적으로 통해 3단분주한 후 출력(F1)하도록 분주기(12)를 구성하여 된 것을 특징으로 하는 속도가변 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템.
제1항에 있어서, 주파수-전압변환기(13)의 출력을 이득앰프(15a)를 통한 후 저항(R11) 및 접지저항(R12)을 통하고, PLL제어기(14)의 출력(AFC), (APC)을 저항(R), (R) 각기 통한 후 공통으로 풀업저항(R18) 및 접지저항(R13)을 통해서 상기 저항(R11) 및 접지저항(R12)을 통한 신호와 공통으로 접지콘덴서(C11),(C12)를 통해 출력을 비반전입력 단자(-)에 피드백시키는 연산증폭기(OP11)의 비반전입력 단자(+)에 인가하도록 이득세트부(15)를 구성하여 된 것을 특징으로 하는 속도가변 브러쉬리스 직류모터의 제어시스템.