KR940005284Y1 - 센서없는 3상 bldc 직류모터의 구동회로 - Google Patents

센서없는 3상 bldc 직류모터의 구동회로 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

내용 없음.

Description

센서없는 3상 BLDC 직류모터의 구동회로
제1도는 본 고안에 따른 센서없는 3상 DLDC직류모터 구동회로도.
제2도는 본 고안에 따른 3상 BLDC직류모터 구동회로의 동작과정 파형도.
제3도는 본 고안에 따른 모터 A상의 변곡점 및 역기전력 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1~3 : 비교기 Q1~Q3: 구동제한용 트랜지스터
Q4~Q6: 회전자 구동용 트랜지스터 C1~C3: 콘덴서
SW1~SW6: 절환스위치 R1~R6: 저항
l1~l6: 고정자 코일
본 고안은 센서없는 3상 BLDC(Brushless DC)모터의 구동회로에 관한 것으로, 특히 크기의 소형화를 요구하는 가정용기기에 사용되는 BLDC모터의 회전자 위치 센서를 제거한 센서없는 BLDC모터의 구동에 적당하도록 한 새로운 방식의 센서없는 3상 BLDC모터의 구동회로에 관한 것이다.
종래의 3상 BLDC모터의 구동회로는 회전자 위치센서의 신호를 조합하여 고정자(stator)의 연속적인 회전자계가 형성되도록 고정자 각 상의 전류를 절환해주는 스위칭 논리 회로를 부가하여 구성되었는데, 최근 회전자의 위치센서를 제거한 3상 BLDC모터에 대한 연구가 진행되어 "P.M Brushless Motor Dires : A-self commatating system without rotor position sensors"란 논문이 P,Perraris등에 의해 1980년 incremental motion control(PP 305~312)에 발표된 이후 모터가 회전중에 발생시키는 역기전력을 이용하여 회전자 위치 센서를 제거할 수 있는 새로운 구동방식에 관하여 많은 연구가 진행되었으며 현재 일본과 미국에서 센서없는 구동방식에 관한 특허가 공개되고 있다.
그런데 센서없는 3상 BLDC모터의 회전자가 정현파 착자된 경우 저가격의 구동 IC는 120°를 통전방식의 유니폴과 구동을 하고 있는데, 역기전력을 이용하여 스위칭 논리를 구성하는 방법은 다양하게 제시될수 있다.
일반적으로 센서없는 3상 BLDC모터가 구동되기 위해서는 각상의 전류절환점 t1~t4를 검출하여 각상의 전류를 절환해야 하는데, 기존 방식은 각 상의 역기전압을 레벨쉬르트한후 다시 각상을 조합하여 로직 시퀀스(rogic seqaence)를 구성하였는데 상기와 같은 종전방식에 있어서 레벨쉬프트 회로는 매우 복잡하며, 역기전압의 조합의 값을 얻은데에도 회로가 부가되어져야 하므로 회로의 구성이 매우 복잡하게 되어 구동회로를 IC화 하는데 문제점이 있었다.
본 고안은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 센서없는 3상 BLDC모터의 구동회로로써 그의 기술구성을 살펴보며, 고정자 코일(l1)은 비교기(1)의 (-)단자와 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)의 콜렉터에 접속됨과 동시에 저항(R1)과 콘덴서(C1)를 거쳐 비교기(1)의 (+)단자에 접속되며, 비교기(1)의 출력단은 절환스위치(SW1~SW5)에 연결되며, 절환스위치(SW1)은 저항(R4)은 거쳐 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)의 베이스와 구동제한용 트랜지스터(Q1)의 콜렉터에 연결되며, 구동제한용 트랜지스터(Q1)의 베이스는 절환스위치(SW4)에 연결된다.
또 고정자 코일(l1)의 비교기(2)의 (-)단자와 회전자 구동용 트랜지스터(Q5)의 콜렉터에 접속됨과 동시에 저항(R2)과 콘덴서(C2)를 거쳐 비교기(2)의 (+)단자에 접속되며, 비교기(2)의 출력단은 절환스위치(SW1~SW6)에 연결되며, 절환스위치(SW2)는 저항(R5)을 거쳐 회전자 구동용 트랜지스터(Q5)의 베이스와 구동제한용 트랜지스터(Q2)의 콜렉터에 연결되며, 구동제한용 트랜지스터(Q2)의 베이스는 절환스위치(SW5)에 연결된다.
그리고 고정자 코일(l3)은 비교기(3)의 (-)단자와 회전자 구동용 트랜지스터(Q6)의 콜렉터에 접속됨과 동시에 저항(R3)과 콘덴서(C3)를 거쳐 비교기(3)의 (+)단자에 접속되며, 비교기(3)의 출력단은 저항(R6)을 거쳐 회전자 구동용 트랜지스터(Q6)의 베이스와 구동제한용 트랜지스터(Q3)의 콜렉터에 연결되며, 구동제한용 트랜지스터(Q3)의 베이스는 절환스위치(SW6)에 연결되도록 구성하였다.
이와같이 구성된 본 고안의 동작 설명 및 효과는 다음과 같다.
센서와 브러쉬 없는 3상 모터가 구동되기 위해서는 각상의 전류 절환점 t1~t4를 검출하여 각상의 전류를 절환시켜야 된다.
따라서 본 고안은 이러한 각 상의 전류절환점인 t1~t4가 고정자 코일(l1~l3)의 역기전압(Va, Vb, Vc)의 최대치가 되는 변곡점(Va +, Vb +, Vc +)임을 착안하여 Rc지연회로와 비교기(1,2,3)을 통하여 검출하게 되는데, t1~t4가 검출되는 것은 첨부도면 제3도와 제1도를 참조하여 일례를 들어 설명하면 다음과 같다.
고정자코일(l1)의 역기전압(Va)이 비교기(1)의 (-)단자와 R1C1지연회로를 거쳐 비교기(1)의 (+)단자에 인가되면, (+)단자와 (-)단자에 인가된 상태를 비교하여 비교기(1)의 출력이 나타나게 되는데, 제3도에서 보는 바와같이 역기전압(Va)이 변곡점(Va +)에 이르기 전까지는 비교기(1)의 (-)단자에 직접 인가된 전압(Va)이 R1C1지연회로를 거친 전압(Va')보다 크므로 (Va>Va')비교기(1)의 출력은 "로우"가 되며, 역기전압(Va)이 변곡점(Va +)에 도달된 후에는 비교기(1)의 (-)단자에 직접인가된 전압(Va)이 R1C1지연회로를 거친 전압(Va')보다 작아져 비교기(1)의 출력이 "하이"가 되는데, 바로 "Va<Va"가 되어 비교기(1)의 출력이 하이가 되는 변곡점(Va +)이 전류절환점인 t1(t2,t3등도 상기와 같은 방법으로 검출됨)이 되는 것이다.
이때 제3도에서 보는 바와 같이 Va의 변곡점(Va +)와 Va'의 변곡점 사이에는 약간의 딜레이가 생기게 되는데 이것은 모터의 특성상 문제가 되지 않으며 충분히 딜레이를 적게 할 수 있다.
그러면 상기의 내용을 기초로 하여 본 고안을 보다 상세히 설명하면 : 다음과 같다.
제2도는 고정자의 회전자계를 A→B→C상 순으로 만들어준 경우의 모터 각상에 유기되는 역기전압(Va, Vb, Vc)과 각상의 전류가 도통되는 것을 나타낸 것으로 제1도를 참조하여 회로동작 상태를 설명하면 다음과 같다.
t(Va +)의 순간은 Va<Va'의 순간으로 비교기(1)의 출력이 "로우"에서 "하이"로 되어 절환스위치(SW3)의 ①-③(A→B→C경우는 절환스위치 ①-③이 연결됨)을 통하여 회전자 구동용 트랜지스터(Q6)의 베이스에 "하이"가 인가 된다.
회전자 구동용 트랜지스터(Q6)의 베이스에 "하이"가 인가되며 회전자 구동용 트랜지스터(Q6)는 "온"이 되어 회전자는 120°만큼 회전한다. 회전자가 120°회전되어 Vb<Vb'가 되는 t2(Vb +)점에 이르게 되면 비교기(2)의 출력은 "하이"가 되어 절환스위치(SW1)의 ①→③을 통하여 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)의 베이스에 "하이"가 인가된다.
회전자 구동용 트랜지스터(Q4)의 베이스에 "하이"가 인가되면 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)는 "온"상태가 되며 동시에 절환스위치(SW6)의 ①-③을 통하여 구동제한용 트랜지스터(Q3)의 베이스에 "하이"가 인가되어 구동제한용 트랜지스터(Q3)가 "온"되므로 회전자 구동용 트랜지스터(Q6)는 강제로 "오프"시키게 된다.
상기 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)가 "온"상태가 되어 회전자가 120°회전하여 Vc<Vc'가 되는 t3(Vc +)점에 이르게 되면 비교기(2)의 출력은 "하이"가 되어 절환스위치(SW2)의 ①→③을 통하여 회전자 구동용 트랜지스터(Q5)의 베이스에 "하이"가 인가된다.
회전자 구동용 트랜지스터(Q5)의 베이스에 "하이"가 인가되면 회전자 구동용 트랜지스터(Q5)는 "온"상태가 되며 동시에 절환스위치(SW4)의 ①→③을 통하여 구동제한용 트랜지스터(Q1)의 베이스에 "하이"가 인가되어 구동제한용 트랜지스터(Q1)가 "온"되므로 회전자 구동용 트랜지스터(Q4)는 강제적으로 "오프"되게 되며, 상기 회전자 구동용 트랜지스터(Q5)가 "온"상태가 되어 회전자는 120°만큼 회전한다.
이와같은 순서로 통전되는 기간 Ta, Tb, Tc가 120°씩 되어 회전자 구동용 트랜지스터(Q4,Q5,Q6)가 온·오프되어 3상 코일 A·B·C에 전류를 흘려 A→B→C상순의 회전자계를 만들고 있다. 또한 역방향시는 A→B→C상순으로 회전자 구동용 트랜지스터(Q4,Q5,Q6)가 120°씩 "온"되도록 절환스위치(SW1~SW6)는 ②→③을 통하여 동작하게 된다.
이상에서와 같이 본 고안은 센서없는 3상 BLDC직류모터의 구동회로를 IC화하는데 있어 가장 단순한 회로로 높은 신뢰성을 확보할수 있게 되며, 독창적인 센서와 브러쉬없는 모터의 회로설계가 가능하다.

Claims (1)

  1. 각상에 유기된 역기전압(Va, Vb, Vc)을 지연시켜 비교기(1,2,3)의 (+)단자에 인가하는 저항(R1,R2,R3)과 콘덴서(C1,C2,C3)로 구성된 지연회로와, 역기전압(Va, Vb, Vc)과 RC지연회로에 의해 지연된 역기전압(Va', Vb', Vc')을 비교하여 모터각상의 전류절환점(t1,t2,t3)을 검출하는 비교기(1,2,3)와 비교기(1,2,3)의 출력을 이용하여 각상의 전류를 절환하기 위한 절환스위치(SW!~SW3)와, 절환스위치(SW1~SW3)에 의해 절환된 비교기(1,2,3)의 출력을 베이스에 인가받아 동작되는 회전자 구동용 트랜지스터(Q4,Q5,Q6)와, 절환스위치(SW4~SW6)에 의해 절환된 비교기(1,2,3)의 출력을 베이스에 인가받아 동작되어 회전자 구동용 트랜지스터(Q4,Q5,Q6)를 차단시키는 구동제한용 트랜지스터(Q1,Q2,Q3)를 구비한 것을 특징으로 하는 센서없는 3상 BLDC직류모터의 구동회로.
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