KR940007446Y1

KR940007446Y1 - 직류모터의 기동제어회로

Info

Publication number: KR940007446Y1
Application number: KR2019940019478U
Authority: KR
Inventors: 박종일; 박중제
Original assignee: 대우전자 주식회사; 배순훈
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1994-10-20

Abstract

내용 없음.

Description

직류모터의 기동제어회로

제1도는 종래예에 따른 직류모터의 기동제어회로를 나타내는 회로구성도.

제2도는 본 고안에 따른 직류모터의 기동제어회로를 나타내는 회로구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기동신호발생부 2 : 모터회전 제어신호 발생부

3 : 모터구동부 4 : 모터역기전력비교부

11 : 제어부 12 : 모터회전 제어신호 발생부

13 : 승압부 14 : 모터구동부

15 : 전류-전압검출부 16 : 아날로그-디지탈 변환부

17 : 모터역기전력비교부 M : 직류모터

Q1~Q7 : MOS트랜지스터

본 고안은 직류모터의 기동제어회로에 관한 것으로, 특히 센서레스(Sensorless)-브러시레스(Brushless)직류모터의 기동시 모터의 역회전 동작을 방지하도록 된 직류모터의 기동제어회로에 관한 것이다.

일반적으로, 가전용 전자기기라던지 사무자동화용 전자기기, 오디오, 비디오(AV)기기에는 브러시와 정류자가 배설되지 않으면서 신뢰성이 높고 소형, 박형화에 적합한 브러스레스 직류모터가 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 브러시레스 직류모터에 있어서는 구동코일과 로터마그네트(Rotor Magnet)와의 위치관계를 검출하기 위한 위치센서로서 홀(Hall)소자가 필요하게 되고, 그에 따라 모터와 구동부 사이의 배선을 위해 다수의 접속 배선이 필요하게 된다.

이 때문에, 최근에는 가일층의 경박소형화(輕薄小形化)를 실현하기 위해 코일과 로터마그네트 사이의 위치를 검출하기 위한 센서도 제거한 모터의 센서레스화(Sensorless化)가 진행되는 추세에 있다.

이러한 센서레스-브러시레스 직류모터의 구동에 있어서는, 전류(電流)를 위한 위치신호가 없는 기동시에는 모터의 각 상(相)에 강제적으로 전류를 순차 공급하여 모터를 회전시키고, 이어 일정 회전수 이상에서는 모터의 역기전력과 모터의 중성점전압의 비교에 의한 위치신호를 이용하여 정격 속도로 가속하는 일반적이다.

이에 대해 제1도를 참조하여 설명한다.

제1도에는 종래예에 따른 센서레스-브레스레스형 직류모터의 구동회로가 도시되어 있는바, 이 구동회로는 일측에 충방전용 캐패시터(C1)가 연결되어 모터의 초기 기동신호를 발생하는 기동신호 발생부(1)와, 모터의 회전방향을 제어하는 소위 컴뮤테이션 논리부(Commutation logic)로서의 모터회전 제어신호 발생부(2), 이 모터회전 제어 신호 발생부(2)로부터의 출력을 수취하여 모터(M)를 구동하는 모터구동부(3) 및, 모터의 각 위상의 역기전력(U',V',W')과 모터중성점전압(0)을 수취하여 모터의 현재 회전위치를 판별하는 모터위치 판별부로서의 모터역기전력 비교부(4)로 구성되어 있다.

이러한 구성에 따르면, 모터의 초기 기동시 도시되지 않은 전원부로부터 공급되는 구동전압이 기동신호 발생부(1)에 인가되는 경우, 그 구동전압 펄스에 의해 일측이 접지측에 접속된 캐피시터(C1)가 충방전하게 되고, 그에 따라 상기 구동신호 발생부(1)가 모터의 초기구동용 구동펄스를 발생하게 된다. 이어, 상기 기동신호 발생부(1)로부터의 기동신호가 모터회전 제어신호 발생부(2)에 인가되므로, 이 모터회전 제어신호 발생부(2)는 미리 설정된 모터의 회전방향에 관한 출력신호를 생성하여 모터구동부(3)에 인기해 줌으로써 모터구동부(3)에 의해 모터(M)가 소정의 방향으로 회전하게 된다. 이와 같이 하여 모터(M)가 기동됨에 따라 각 상(U, V, W)의 역기전력과 모터중성점(0)의 전압이 모터역기전력비교부(4)에 인가되고, 이 모터역기전력비교부(4)에서 판별된 모터의 위치신호(P1, P2, P2)가 상기 모터회전 제어신호 발생부(2)에 인가되며, 이러한 동작에 의해 모터(M)가 정격속도까지 점차 가속된다.

그러나, 상기한 바와 같이 하여 모터를 기동시키는 경우에 관성이 크고 점성저항이 작은 모터에서는 외부동기식 구동방법에 의해 극히 진동적으로 되어 위상스위칭주파수의 설정이 어렵게 된다.

즉, 외부입력구동신호의 주파수가 너무 높으면 모터는 진동적으로 되는 반면 주파수가 너무 낮으면 모터는 그 외부입력 구동신호의 주파수를 초종하여 회전가능하게 되지만 기동시간이 길어지게 될 뿐만 아니라, 예컨대 초기에 모터의 회전자가 복수의 마그네트 사이에서 후방의 마그네트에 보다 근접해서 위치되어 있는 경우에는 모터가 역회전하게 된다.

이러한 모터가 예컨대 하드디스크 드라이브(HDD)와 같은 고정밀기기에 적용되는 경우에는 이하에서 설명하는 문제가 초래된다.

즉, 하드디스크 드라이브는 대용량정보기억 매체로서의 하드디스크에 대해 마그네틱헤드가 서브미크론정도의 간격을 가지고서 부상한 상태에서 그 디스크에 대해 정보를 기록하거나 독출하여 CPU를 통해 후속의 데이터처리를 수행하도록 된 주변기기로서 디스크를 회전시키는 모터는 예컨대 수초(약 10sec)내에 소정의 속도(예컨대 3600rpm)로 회전해야 되고, 또 헤드와 디스크 사이의 크래스(crash)현상에 의한 자성체의 손상을 방지하기 위해 모터의 기동토오크를 크게 해 주어야 되는 동시에 헤드의 부상시간을 최소화해야 되는 것이 요구된다.

그런데, 하드디스크 드라이브에 채용된 모터에서 상술한 바와같이 회전자가 마그네트 사이에 위치된 상태에서 저주파수로 기동하는 경우에는 모터가 역회전동작을 하게 되어 헤드가 디스크로부터 부상하기 이전에 그 모터가 마그네트 사이에서 역회전 작용하게 되므로 디스크가 후진하게 되고, 그에 따라 헤드 및 디스크가 손상되는 경우가 초래되어 심한 경우에는 디스크에 기록된 데이터가 손실될 수 있다는 문제가 있다.

본 고안은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 초기기동시 모터가 마그네트 사이에 위치한 경우에도 그 모터의 역회전동작을 확실하게 방지하도록 된 모터의 기동회로를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 고안에 따르면 Y결선 3상(U, V, 2)형 직류모터(M)와 , 이 직류모터(M)의 역기전력 및 중성점 전압을 검출하여 상기 직류모터(M)의 현재 위치신호를 발생하는 모터역기전력 비교부(17)를 갖춘 직류모터의 기동제어회로에 있어서, 상기 직류모터(M)의 초기기동을 제어하기 위한 기동제어신호를 출력하는 한편 상기 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)의 초기 피크치를 검출하는 제어부(11)와, 이 제어부(11)로 부터의 기동제어신호를 승압회로(13)에 의해 증폭하여 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)에 순차 구동전류를 출력하는 모터회전 제어신호 발생부(12), 이 모터회전 제어신호 발생부(12)의 승압된 초기 기동제어신호에 따라 상기 직류모터(M)를 구동하는 모터구동부(14), 이 모터구동부(14)에 흐르는 전류량을 전압검출하는 전류-전압검출부(15) 및 이 전류-전압검출부(15)의 전압을 디지탈 변환하는 아날로그-디지탈변환부(16)로 구성된 직류모터의 기동제어회로가 제공된다.

본 고안의 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 모터구동부(14)는 각 소오스가 전원(Vp)에 공통접속됨과 더불어 베이스에 인가되는 기동제어신호에 따라 스위칭 동작하여 직류모터(M)의 상(U, V, W)에 전류를 순차 인가하는 P채널 MOS 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 드레인에 접속됨과 더불어 인가되는 기동제어신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)에 대한 전류루우프를 형성하는 N채널형 MOS 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)로 구성된다.

또, 상기 전류-전압검출부(15)는 N채널 MOS 트랜지스터(Q7)와 저항(R)으로 구성되어 직류모터(M)를 통해 흐르는 전류량을 저항(R)에 걸리는 전압으로 출력하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 직류모터의 기동제어회로에 의하면 직류모터(M)의 초기기동시 소정시간 동안 스위칭펄스를 직류모터(M)에 인가하여 그 직류모터(M)를 미동시키면서 각 상(U, V, W)중에서 피크치를 나타내는 상을 검출한 다음 그 피크치의 상에다 차후의 2상을 더한 상에 소정시간동안 하이레벨을 가함으로써 초기기동시 직류모터(M)의 역회전을 방지하게 된다.

이하, 본 고안에 따른 직류모터의 기동제어회로에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 고안에 따른 직류모터의 기동제어회로를 나타낸 도면으로, 직류모터(M)의 초기기동시 먼저 제어부(11)는 모터의 기동을 제어하기 위한 소정비트(예컨대 8비트)의 데이터를 모터회전 제어신호 발생부(12)에 인가하게 되고, 그 모터회전 제어신호 발생부(12)는 입력된 제어데이터를 기초로 소정시간동안 짧은 주기의 펄스파를 발생하여 제2도에서 화살표로 나타낸 직류모터(M)의 전류방향(①~⑥)이 설정되도록 모터구동부(14)에 갖추어진 MOS 트랜지스터(Q1~Q6)의 베이스에 기동제어신호로서 인가하게 되는바, 이 경우 상기 기동제어신호는 그 모터회전제어부(12)에 내재된 승압부(13)에서 승압하여 각 MOS 트랜지스터(Q1~Q6)의 게이트에 최대 바이어스 전압이 인가되도록 한다. 즉, 모터회전 제어신호 발생부(12)에서는 모터구동부(14)의 P채널 MOS 트랜지스터(Q1, Q2)의 게이트에는 하이레벨, MOS 트랜지스터(Q3)의 게이트에는 로우레벨을 인가하는 한편, N채널 MOS 트랜지스터(Q3)의 게이트에는 로우레벨을 인가하는 한편, N채널 MOS 트랜지스터(Q4, Q6)에는 로우레벨, MOS 트랜지스터(Q5)에는 하이레벨을 인가함으로써 제2도의 화살표 ①로 표시된 전류방향을 설정할 수 있다.

이러한 방식으로 순차 화살표 ⑥으로 표시된 전류방향까지 순차 구동하게 되는 바, 이 경우 직류모터(M)는 상기한 짧은 주기의 펄스파형에 의해 순차 구동되므로 미동상태로 된다. 이 상태에서 각 루우핑시마다 각 상(U, V, W)을 통해 흐르는 전류가 전류-전압검출부(15)의 N채널 MOS 트랜지스터(Q7)의 소오스에 인가되는데, 이 MOS 트랜지스터(Q7)의 게이트에는 상기 제어부(11)로부터 제어신호(Vct1)가 인가되므로 그 MOS 트랜지스터(Q7)가 도통상태로 되고, 그 MOS 트랜지스터(Q7)의 도통에 따라 각 상(U, V, W)을 통해 흐르는 전류가 저항(R)에 의해 전압강하되며, 이 전압이 아날로그-디지탈 변환부(16)에 인가되어 디지탈 변환된 다음 상기 제어부(11)에 인가된다.

따라서, 제어부(11)는 현재 입력된 각 상(U, V, W)이 전류크기를 나타내는 디지탈 변환 데이터를 선해입력의 전류크기 데이터와 비교하여 화살표 ①~⑥중 피크치를 갖는 상 즉, 도시되지 않은 마그네트와 가장 인접한 상을 판별하게 되고, 그 판별된 피크치를 갖는 상에 2상을 더한 상에다 소정시간동안 예컨대 수 ms-수 십msec동안 하이레벨을 인가함으로써 최대토오크로 직류모터(M)는 역회전작용없이 기동하게 되고, 이어서, 상기한 스위칭 동작을 수행함으로써 직류모터(M)는 가속적으로 회전하게 되므로 모터역기전력 비교부(17)에서 검출되는 각 상(U, V, W)의 역기전력 및 중성점의 전압치가 점차 증가된다.

이 모터(M)의 역기전력 및 중성점전압이 소정치이상으로 되면 제어부(11)는 본래의 주어진 기능을 수행되게 하는 한편 이후의 모터구동은 모터역기전력비교부(17)에서 검출되는 역기전력 및 중성점 전압을 기초로 모터회전제어신호발생부(12) 및 모터구동부(14)에 의해 수행된다.

상기한 바와 같이, 본 고안에 따르면 제어부(11)의 제어하에 직류모터의 초기기동시 소정시간동안 펄스파형을 직류모터의 각 상(U, V, W)에 인가하여 피크치를 갖는 상을 검출한 다음 최대토오크로 기동시킴에 따라 모터의 초기기동시에 유발될 수 있는 역회전동작을 확실하게 방지할 수 있다.

Claims

Y결선 3상(U, V, 2)형 직류모터(M)와, 이 직류모터(M)의 역기전력 및 중성점 전압을 검출하여 상기 직류모터(M)의 현재 위치신호를 발생하는 모터역기전력 비교부(17)를 갖춘 직류모터의 기동제어회로에 있어서, 상기 직류모터(M)의 초기기동을 제어하기 위한 기동제어신호를 출력하는 한편 상기 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)이 초기 피크치를 검출하는 제어부(11)와, 이 제어부(11)로부터의 기동제어신호를 승압회로(13)에 의해 증폭하여 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)에 순차 구동전류를 출력하는 모터회전 제어신호 발생부(12), 이 모터회전 제어신호 발생부(12)의 승압된 초기 기동제어신호에 따라 상기 직류모터(M)를 구동하는 모터구동부(14), 이 모터구동부(14)에 흐르는 전류량을 전압검출하는 전류-전압검출부(15) 및 이 전류-전압검출부(15)의 전압을 디지탈 변환하는 아날로그-디지탈변환부(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 직류모터의 기동제어회로.
제1항에 있어서, 상기 모터구동부(14)는 각 소오스가 전원(Vp)에 공통접속됨과 더불어 베이스에 인가되는 기동제어신호에 따라 스위칭 동작하여 직류모터(M)의 상(U, V, W)에 전류를 순차 인가하는 P채널 MOS 트랜지스터(Q1,Q2, Q3)와, 각 소오스가 상기 P채널 MOS 트랜지스터(Q1, Q2, Q3)의 드레인에 접속됨과 더불어 인가되는 기동제어신호에 따라 스위칭 동작하여 상기 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)에 대한 전류루우프를 형성하는 N채널 MOS 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)로 구성된 것을 특징으로 하는 직류모터의 기동제어회로.
제1항에 있어서, 상기 전류-전압검출부(15)는 N채널 MOS 트랜지스터(Q7)와 저항(R)을 갖추어 직류모터(M)를 통해 흐르는 전류량을 저항(R)에 걸리는 전압으로 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 직류모터의 기동제어회로.
제1항에 있어서, 상기 제어부(11)는 초기 기동시 상기 직류모터(M)에 짧은 주기펄스를 인가하여 직류모터(M)가 미동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류모터의 기동제어회로.
제1항에 있어서, 상기 제어부(11)는 상기 직류모터(M)의 각 상(U, V, W)을 통해 흐르는 전류에 의해 피크치를 검출하여 직류모터(M)의 마그네트와 가장 인접한 상을 판별하여 최대토오크로 기동시키는 것을 특징으로 하는 직류모터의 기동제어회로.