KR930005383B1

KR930005383B1 - 2상 브러쉬모터 제어회로

Info

Publication number: KR930005383B1
Application number: KR1019900022982A
Authority: KR
Inventors: 이화영
Original assignee: 주식회사 금성사; 이헌조
Priority date: 1990-12-31
Filing date: 1990-12-31
Publication date: 1993-06-19
Also published as: KR920013854A

Abstract

내용 없음.

Description

2상 브러쉬모터 제어회로

제1도는 종래의 3상 브러쉬모터 제어회로의 블럭도.

제2도는 종래 회로에 따른 동작 설명도.

제3도는 본 발명에 따른 2상브러쉬모터제어회로의 블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 일실시 회로도.

제5도는 본 발명에 따른 톱니파형도.

제6도는 본 발명에 따른 비교기(25, 26)의 입출력파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1~3 : 모터고정각코일 4~6 : 홀효과소자

7~12 : 전력증폭부 15 : 구동회로

16 : 반전구동회로 17,19,31 : 저항

18,20 : 콘덴서 21,22,27~30 : 스위치부

23,24 : 증폭기 25,26 : 비교기

32 : 전류/전압 변환기 33 : 연산증폭기

34 : 인버팅버퍼 35,37 : 다이오드

36 : 기준전압 38 : 입력전압

50 : 인에이블회로 100 : 구동회로부

101 : 톱니파발생부 102 : 증폭부

103 : 기준전압제어부 104 : 비교회로부

105 : 모터구동제어부 M : 모터

본 발명은 브러쉬레스 모터의 회전수(rpm) 정밀 제어에 관한 것으로서 특히 소형팬모터(FAN MOTOR)를 사용하는 열기기 제품에 적당하도록 2상 브러쉬 레스모터 제어회로에 관한 것이다.

종래의 2상 브러쉬레스 모터는 제1도에 도시된 바와같이 모터의 회전자(1′)는 영구자석으로 되어있고 고정자는 코일(1, 2, 3)로 되어있으며 3상으로 되어있다. 모터의 회전 상태를 감지하는 홀소자(4)는 전력증폭부(7, 8)에 연결되고, 홀소자(5)는 전력증폭부(9, 10)에 연결되며 홀소자(6)는 전력증폭부(10, 12)에 연결된다. 그리고 전력증폭부(7, 8)에 연결된 출력신호는 모터의 고정자코일(2, 3)의 접속점(A′)에 연결되고, 전력증폭부(9, 10)에 연결된 출력 신호는 모터의 고정자코일(1, 3)의 접속점(B′)에 연결되며 전력증폭부(11, 12)에 연결된 출력은 모터의 고정자코일(1, 2)의 접속점(C′)에 연결된다.

홀소자(4, 5, 6)는 120°의 위상차가 생기도록 모터의 고정자코일(1, 2, 3) 사이에 설치되고, (즉 고정자코일(1, 2) 사이에는 홀소자(4)를 설치하고 고정자코일(2, 3) 사이에는 홀소자(5)를 설치하며 고정자코일(1, 3) 사이에는 홀소자(6)를 설치한다) 여기서 전력증폭부(7~12)는 트랜지스터로 구성되어 있으며 각 트랜지스터를 스위칭 동작시켜서 모터를 구동시키게 된다.

이때(전력증폭부(7, 9, 11)는 홀소자(4, 5, 6)의 출력이 ‘하이’일때 각각 구동되고 전력증폭부(8, 10, 12)는 홀소자(4, 5, 6)의 출력이 ‘로우’일때 각각 구동된다.)

상기 구성회로의 동작상태를 설명하면 다음과 같다. 전력증폭기(7~12)의 내부에 있는 트랜지스터를 스위칭 동작시킴에 따라 모터는 회전을 하는데 모터가 회전을 할 때 홀소자(4, 5, 6)에서는 각각 120°의 위상각을 갖는 A, B, C 검출신호가 얻어지는데 모터의 회전시 홀소자(4, 5, 6)에서 검출되는 A, B, C 상의 신호상태에 따라 전력증폭부(7~12)를 구동시킨다.

즉 홀소자(4)가 ‘하이’가 되면 전력증폭부(7, 10, 12)가 통전되므로 전류는 전력증폭부(7, 10, 12)를 통해 흐르고 홀소자(5)가 ‘하이’가 되면 전력증폭부(9, 8, 12)가 통전되므로 전류 전력증폭부(9, 8, 12)를 통해 흐르게 되고 홀소자(6)가 ‘하이’가 되면 전력증폭부(11, 8, 10)이 통전되므로 전류는 전력증폭부(11, 8, 10)를 통해 흐르게 되므로 제2도(d)와 같은 회전방향으로 모터가 회전한다.

이와같이 N극과 S극으로 자화된 영구자석을 모터의 회전자로하고 모터의 고정자코일(1, 2, 3)사이에 홀소자(4, 5, 6)를 120의 위상각을 갖도록 부착시켜 홀소자(4, 5, 6)에서 검출된 출력신호와 역출력신호를 조합시켜 위상각 60°인 위치에서 모터공급 전력의 제어가 가능하도록 한다.

그런데 상기와 같은 종래의 브러쉬레스 모터구동회로에서는 브러쉬 레스모터를 구동하기 위해 통상적으로 위상을 사용하므로 부품수가 많아지고 회로가 복잡해지며 이를 유지 보수하는데는 상당한 전문기술이 필요하다. 또한 회전속도를 검출하기 위한 홀소자도 여러개 사용하기 때문에 회로 설계시 비용이 많이 들게 되는 단점이 있다.

본 발명은 이러한 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 제3도에서 본 발명의 구성을 보면, 영구자석으로 된 모터의 회전자(1′)와 홀효과 소자(4)는 모터의 고정자(2′)안에 설치되고 홀효과소자(4)의 출력은 구동회로(15)와 반전구동회로(16)의 입력단으로 인가되고 구동회로(15)의 출력및 반전구동회로(16)의 출력은 스위치부(21, 22)의 제어신회로 인가되고 스위치부(21) 출력의 일측이 전원(V1)과 연결된 저항(17)과 일측이 접지된 콘덴서(18)를 통해 증폭기(23)의 입력단으로 인가되고 스위치부(22)의 출력은 일측이 전원(V1)과 연결된 저항(19)과 일측이 접지된 콘덴서(20)를 통해 증폭기(24)의 입력으로 인가되고 증폭기(23, 24)의 출력은 비교기(25, 26)의 ‘+’입력측으로 인가되고 비교기(25)의 출력은 스위치부(27, 30)의 제어신호가 되고 비교기(26)의 출력은 스위치부(28, 29)의 제어신호가 되며 스위치부(29)의 출력단은 모터(M)의 양단과 연결되는 동시에 스위치부(28, 30)의 일측단과 연결되고 스위치부(28, 30)의 출력은 전류/전압 변환기(32)의 입력단과 연결되는 동시에 저항(31)을 통해 접지되고 전류/전압변환기(32) 출력은 연산증폭기(33)의 ‘-’단으로 인가되고 연산증폭기(33)의 ‘+’단에는 모터의 회전수를 조절하기 위한 입력전원 Vi(38)가 인가되며 연산증폭기(33)의 출력은 인버팅버퍼(34)를 통해 반전되어 다이오드(37)를 통해 다이오드(35)의 캐소우드와 집속되어 비교기(25, 26)의 ‘-’단에 연결되고, 다이오드(35)의 애노우드는 최대회전수를 제한하는 기준전압(36)과 연결되는 구성이다.

상기 구성회로의 동작상태를 설명하면, 모터의 내부에 장착된 홀효과 소자(4)는 인접한 모터의 회전자(영구자석)(1′)가 N극 또는 S극 상태로 반전될 때마다 ‘하이’ 또는 ‘로우’를 출력한다. 이 출력은 구동회로(15) 및 반전구동회로(16)의 입력이 되고 구동회로(15)와 반전구동회로(16)의 출력에는 서로 상반된 출력신호가 출력된다.(즉 구동회로(15)의 출력이 ‘하이’이면 반전구동회로(16)의 출력은 ‘로우’이고, 구동회로(15)의 출력이 ‘로우’이면 반전구동회로(16)의 출력은 ‘하이’상태이다) 구동회로(15)의 출력은 스위치부(21)를 ‘온’ 또는 ‘오프’하는데 스위치부(21)가 ‘오프’되면 전압(V1)은 저항(17)을 통하여 콘덴서(18)에 충전되고 스위치부(21)가 ‘온’되면 콘덴서(18)에 충전되어 있던 전압은 스위치부(21)를 통하여 급속 방전된다.

상기와같이 스위칭 동작하는 스위치부(21)가 ‘온’, ‘오프’를 반복하게 되면 증폭기(23)의 입력에는 저항(17)과 콘덴서(18)의 시정수에 따른 톱니파(제5도파형)가 인가된다(모터의 회전시). 또한 반전구동회로(16)의 출력상태에 따라 스위치부(22)가 ‘온’, ‘오프’되는데 스위치부(22)가 ‘오프’되면 전압(V1)은 저항(19)을 통하여 콘덴서(20)에 충전되고 스위치부(22)가 ‘온’되면 콘덴서(20)에 충전되어 있던 전압이 스위치부(22)를 따라 급속 방전된다. 따라서 증폭기(24)의 입력측에는 저항(19)과 콘덴서(20)의 시정수에 따른 톱니파가 인가된다. 이때 증폭기(23, 24)에 인가되는 톱니파의 형태는 저항(17)(19)와 콘덴서(20)의 충전곡선을 따르게 되므로 선형성을 좋게 하기 위해서는 가능한한 시정수를 크게 한다. 발생된 삼각파(톱니파)(제5도)의 시정수가 크게 되면 홀효과소자(4)의 출력신호에 의한 스위치부(21, 22)의 제한된 온/오프 시간 때문에 증폭기(23, 24)의 입력단에는 선형성이 좋은 톱니파가 인가되는데 일반적으로 선형성이 좋은 톱니파는 그 크기가 작기 때문에 모터의 회전수를 원활하게 제어하기 위해서 증폭기(23, 24)가 사용된다. 증폭기(23, 24)의 출력측에서 양호한 톱니파(제6도의 (a)파형)를 얻은후 이들을 비교기(25, 26)의 (+)입력측에 각각 인가시킨후, (-)입력측에 인가된 기준전압(V_REF)(36)과 비하여 (+)입력전압이 (-)입력전압보다 크면 즉 (+)＞(-)입력전압이면 비교기(26, 26)의 각 출력이 (제6도 (b) 파형)이 ‘하이’가 되어 스위치부(27, 30) 또는 스위칭(28, 29)를 구동시킨다. (제6도 (a), (b)파형에서 실선은 비교기(25)의 입력출력파형이고 침선은 비교기(26)의 입출력파형이다) 이때 기준전압(36)의 값이 낮으면 낮을수록 각 비교기(25, 26)의 출력은 ‘하이’로 되는 시간이 길어지게 되는데 이때 기준전압(V_REF)(36)은 비교기(25, 26)의 (-)입력전압이 0(zero)이 되어 스위치부(27, 30) 또는 스위치부(28, 29) 정무한전 ‘온’되는것을 방지하기 위한 것이며 이 기준전압(36)을 조절하여 모터의 최대회전수를 제한시킨다. 이는(불필요한 전력소모를 줄이기 위함이다) 비교기(25)의 출력이 ‘하이’가 되면 스위치부(27, 30)이 ‘온’되어 모터를 구동시키고, 비교기(25)의 출력이 ‘로우’가 됨과 동시에 비교기(26)의 출력이 ‘하이’가 되면 스위치부(28, 29)은 ‘온’되어 모터를 구동시킨다. 역회전시킴, 즉 스위치부(27, 30)이 ‘온’될 때에는 모터의 고정자코일에는 L1→L2방향으로 전류가 흐르게 되고 스위치부(28, 29)가 ‘온’될때 모터의 고정자코일에는 L2→L1방향으로 전류가 흐르게 되어 모터는 회전하게 된다. 즉 모터의 고정자코일에 전류가 교번으로 흐를수 있도록 한다.

이와같이 모터의 고정자코일에 흐르는 양방향성 전류는 N/S의 교번자계를 형성하고 이자계는 회전자(영구자석)와의 상호작용에 의하여 회전력을 발생시키는데 이것이 곧 홀효과소자(4)의 출력상태를 변화시킴으로써 상기 설명과 같은 동작이 계속되게 해준다. 이때 모터(M)코일에 흐르는 전류는 저항(31)으로 흘러들어가며 이것은 전류/전압변환기(32)에 의해 전압으로 바뀌게 되고 전류/전압변환기(32)의 출력전압은 연산증폭기(33)의 (-)입력으로 인가되어 연산증폭기(33)의 (+)입력측에 인가된 입력전원(Vi)(control voltage)과 비교되며, 연산증폭기(33)의 출력상태에 따라 인버팅버퍼(34)에 의하여 위상반전 출력이 생기고 이것이 다이오드(37)을 통하여 비교기(25, 26)의 (-)입력단자에 인가되어 비교기(25, 26) 출력이 ‘온’되는 시간을 결정하게 된다. 제4도는 본 발명에 따른 또다른 실시회로써 비교기(25, 26)의 출력단과 스위치부(27~30) 사이에 트랜지스터(39) 저항(43~46) 및 다이오드(41, 42)로 구성되며 모터 인에이블신호(40)에 의해 구동되는 인에이블회로(50)가 추가되는 구성으로서, 이는 모터(M)의 인에이블 단자(모터인에이블신호(40))에 ‘하이’신호가 걸리면 트랜지스터(39)가 ‘온’되어 다이오드(41, 42)의 애노우드 단자를 ‘로우’로 만들므로 트랜지스터(47, 48)가 ‘오프’시키므로 모터(M)는 정지한다.

즉 인에이블회로(50)를 구동시키므로서 연산증폭기(33)의 ‘+’단 입력인 콘트롤전압(Vi)값이 관계없이 강제적으로 모터의 회전을 멈추게 하는것이 가능하다.

따라서 본 발명은 외부전원전압의 변동이 있더라도 모터의 회전수 제어요소가 모터의 고정자 코일에 흐르는 전류이고 또 회로자체에 이전류를 일정하게 유지시켜주는 피이드백 특성이 있기 때문에 전원전압의 변동에 대하여 상당히 안정한 특성을 갖고 또한 증폭기(23, 24)의 입력단에 있는 저항과 콘덴서의 시정수가 크고 이에 반해 스위치부(21, 22)의 온/오프 시간은 빠르므로 선형성이 좋은 톱니파를 얻을수있어 모터회전수의 오차가 적고 또 본발명은 2상으로 모터를 제어하며 홀효과 소자를 1개만 사용하므로 비용이 절감되며 특히 모터의 회전수의 차가 매우 적기 때문에 공조열 기기제품에 적용할 경우 모터의 회전수를 정밀제어 할 수 있고 브러쉬레스 모터이므로 불필요한 전자파가 발생하지 않는 효과가 있다.

Claims

직류전원으로 2상의 브러쉬레스 모터를 구동시키는 전기제어회로를 구성함에 있어서, 홀 효과 소자(4)의 출력을 반전 또는 비반전시키는 구동회로부(100)와, 상기 구동회로부(100)의 출력상태에 따라 톱니파(삼각파)를 발생시키는 톱니파 발생부(101)과, 상기 톱니파 발생부(101)로 부터의 톱니파를 입력받아 증폭하여 톱니파의 선형성을 좋게 해주는 증폭부(102)와, 상기 증폭부(102)를 통해 출력된 톱니파와 기준전압 제어부(103)로부터의 기준전압을 인가받아 비교출력하는 비교회로부(104)와, 상기 비교회로부(104)의 출력에 의해 제어되어 모터(M)의 구동을 제어하는 모터구동제어부(105)와, 모터(M)가 구동될때 저항(31)에 흐르는 전류를 검출하여 전압으로 변화하는 전류/전압 변환기(32)와, 상기 전류/전압변환기(32)의 출력과 콘트롤전압(Vi)을 비교하여 그 차이만큼 오차를 교정하여 인버팅버퍼(34)를 통해 기준전압 제어부(103)로 인가하는 연산증폭기(33)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 2상브러쉬레스 모터 제어회로.
제1항에 있어서, 상기 비교부(104)가 출력단과 상기 모터구동제어부(105) 사이에 모터(M)의 회전을 강제적으로 멈추게 하는 모터인에이블회로(50)가 추가되어 구성되는 것을 특징으로하는 2상브러쉬레스모터 제어회로.