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KR0154854B1 - 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로 - Google Patents

언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로 Download PDF

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KR0154854B1
KR0154854B1 KR1019950026160A KR19950026160A KR0154854B1 KR 0154854 B1 KR0154854 B1 KR 0154854B1 KR 1019950026160 A KR1019950026160 A KR 1019950026160A KR 19950026160 A KR19950026160 A KR 19950026160A KR 0154854 B1 KR0154854 B1 KR 0154854B1
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motor
clock
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방석훈
강남진
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김광호
삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 관한 것으로, 종래의 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 언밸런스드 클럭 발생기를 추가하여, 스타트-업시 기동클럭을 정상 스타트-업과 가속 스타트-업이 가능하도록 언밸런싱(Unbalancing)시켜 역기전력의 발생을 크게 함으로써, 마이크로 프로세서나 복잡한 회로 없이 안정되고 빠른 스타트-업을 가능하게 하도록 한 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 관한 것이다.

Description

언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로
제1도는 종래의 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 나타낸 블럭도이고,
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭(Unbalanced Clock)을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 나타낸 블럭도이고,
제3도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭 발생기(Ubbalanced Clock Generator)를 나타낸 회로도이고,
제4도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭 발생기의 출력 파형을 나타낸 파형도이고,
제5도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로의 출력 전류 파형을 나타낸 파형도이다.
본 발명의 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면 언밸런스드 클럭 발생기를 사용하여, 센서리스 브러시리스 직류 모터의 안정되고 확실한 스타트-업을 수행하는 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래에 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로에 대하여 설명하기로 한다.
제1도는 종래의 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 나타낸 블록도이다.
제1도에 도시되어 있듯이, 종래이 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로의 구성은, 전체 회로를 구동시키기 위한 일정 주파수의 클럭을 발생시키는 클럭 발생기(10)와; 상기 클럭 발생기(10)의 출력 신호를 입력받아, 브러시리스 직류 모터의 정류(Commutation)를 위한 3-상태 또는 6-상태의 논리 신호를 발생시키는 시프트 레지스터(20)와; 상기 모터 회전시에 발생하는 역기전력 신호(Back-EMF)를 검출하여 출력하는 역기전력 검출기(30)와; 강제 기동 모드에서의 3상에서 발생하는 역기전력을 증폭하여 출력하는 역기전력 증폭기(40)와; 상기 역기전력 증폭기(40)의 출력을 입력받아, 공통 전압(COM)과의 비교를 통하여 회전하는 모터의 위치를 판단하는 역기전력 비교기(50)와; 상기 역기전력 비교기(50)로부터 출력되는 신호에 따라서, 상기 시프트 레지스터(20)에서 발생된 정류(Commutation) 논리 신호를 순차적으로 출력하고, 선-구동(pre-drive) 기능을 갖는 정류 및 선(先)-구동 회로(60)와; 상기 정류 및 선(先)-구동 회로(60)의 출력 신호를 통해서 3상 브러시리스 직류 모터를 구동시키는 3상 구동 출력단(70)으로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 센서리스 브러시리스 직류 모터(SLBLDCM)의 스타트-업 회로의 경우, 위치 센서가 없기 때문에 모터가 회전시 발생하는 역기전력(Back Electro-Magnetic-Force)을 위치 정보로 이용하여 계속적으로 모터를 회전시키게 된다.
그러나, 모터가 기동시에는 역기전력이 발생하지 않으므로, 별도의 기동 발진기(Oscillator)를 이용하여 모터를 동기적으로 강제로 기동시키고, 여기서 발생하는 역기전력의 크기를 모니터링(Monitoring)하여 자체정류(Commutation)가 가능한지를 판단한다. 역기전력을 통해 자체 정류가 가능할 경우, 모터를 계속적으로 가속할 수 있게 된다. 이와 같이 역기전력 발생량이, 강제 기동 모드(Starting Mode)와 자체 정류할 수 있는 운전모드(Running Mode)의 변환에 정보가 된다. 그러나, 이러한 변환 과정에서 모터가 회전하지 않는 불량이 간혹 발생하게 되는데, 이것은 모터 구동에 치명적인 결과를 가져온다.
또, 역기전력의 크기를 수식으로 나타내면,
로 표현할 수 있는데, 이것은 역기전력의 크기가 모터의 강제 기동시 얼마만큼 모터를 빠르게 동기시키느냐에 달려있음을 나타낸다. 그러나, 기동 주파수가 높으면 모터가 회전을 못하게 되고, 주파수가 낮으면 모터의 속도가 낮고 역기전력이 작아서 운전 모드(Running Mode)로 변환을 하지 못하게 되는 문제점이 있다. 그 결과, 적절한 값을 선택하여 기동을 하더라도 모터의 특성차이, 모터 구동 회로의 특성 차이 때문에 모터가 회전을 못하는 경우가 발생하게 되는 문제점이 있게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 프로세서나 복잡한 회로 없이 언밸런스드 클럭 발생기를 사용하여, 스타트-업시 기동 클럭을 정상 스타트-업과 가속 스타트-업이 가능하도록 언밸런싱(Unbalancing)시켜 역기전력의 발생을 크게 함으로써, 안정되고 빠른 스타트-업을 가능하게 하는 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명이 구성은, 전체 회로를 구동시키기 위한 언밸런스드 클럭 주파수의 클럭을 발생시키는 언밸런스드 클럭 발생기와; 상기 언밸런스드 클럭 발생기의 출력 신호를 입력받아, 브러시리스 직류 모터의 정류(Commutation)를 위한 3-상태 또는 6-상태의 논리 신호를 발생시키는 시프트 레지스터와; 상기 모터의 회전시에 발생하는 역기전력 신호를 검출하여 출력하는 역기전력 검출기와; 강제 기동 모드에서의 3상에서 발생하는 역기전력을 증폭하여 출력하는 역기전력 증폭기와; 운전 모드시에 발생하는 역기전력을 입력받아, 공통 전압(COM)과의 비교를 통하여 회전하는 모터의 위치를 판단하는 역기전력 비교기와; 상기 역기전력 비교기로부터 출력되는 신호에 따라서, 상기 시프트 레지스터에서 발생된 정류(Commutation) 논리 신호를 순차적으로 출력하고, 선-구동(pre-drive) 기능을 갖는 정류 및 선(先)-구동 회로와; 상기 정류 및 선(先)-구동 회로의 출력 신호를 통해서 3상 브러시리스 직류 모터를 구동시키는 3상 구동 출력단으로 이루어져 있다.
상기한 언밸런스드 클럭 발생기의 구성은, 임의의 펄스폭을 갖는 클럭 주파수를 발생시키는 제1 발진기와; 상기 제1발진기가 발생시키는 신호가 '하이'일 때 신호를 충전하고, '로우'일 때 방전하는 기능을 갖는 제1커패시터와; 상기 제1발진기가 발생시키는 신호를 역비례 또는 비례적으로 충, 방전함으로써 특정 주파수의 삼각파를 출력하는 제2커패시터와; 상기 제1발진기로부터 출력되는 신호를 입력받아, 입력된 신호에 대해서 상기 제2커패시터의 충전 전류 또는 방전 전류가 역비례하거나 비례하게 하여 클럭을 언밸런싱시켜 출력하는 제2 발진기로 이루어져 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위해 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따라 언밸런스드 클럭(Unbalanced Clock)을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 나타낸 블록도이고, 제3도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭 발생기(Unbalanced Clock Generartor)를 나타낸 회로도이다.
제2도에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로의 구성은, 전체 회로를 구동시키기 위한 언밸런스드 주파수의 클럭을 발생시키는 언밸런스드 클럭 발생기(100)와; 상기 클럭 발생기(100)의 출력 신호를 입력받아, 브러시리스 직류 모터의 정류(Commutation)를 위한 3-상태 또는 6-상태의 논리 신호를 발생시키는 시프트 레지스터(20)와; 상기 모터 회전시에 발생하는 역기전력 신호(Back-EMF)를 검출하여 출력하는 역기전력 검출기(30)와; 강제 기동 모드에서의 3상에서 발생하는 역기전력을 증폭하여 출력하는 역기전력 증폭기(40)와; 운전 모드시에 발생하는 역기전력을 입력받아, 공통 전압(COM)과의 비교를 통하여 회전하는 모터의 위치를 판단하는 역기전력 비교기(50)와; 상기 역기전력 비교기(50)로부터 출력되는 신호에 따라서, 상기 시프트 레지스터(20)에서 발생된 정류(Commutation) 논리 신호를 순차적으로 출력하고, 선-구동(pre-drive), 기능을 갖는 정류 및 선(先)-구동 회로(60)와; 상기 정류 및 선(先)-구동 회로(60)의 출력 신호를 통해서 3상 브러시리스 직류 모터를 구동시키는 3상 구동 출력단(70)으로 이루어져 있다.
제3도에 도시되어 있듯이, 상기한 언밸런스드 클럭 발생기(100)의 구성은, 임의의 펄스폭을 갖는 클럭 주파수(VCONTROL)를 발생시키는 제1발진기(OSC1)와; 상기 제1발진기(OSC1)가 발생시키는 신호(VCONTROL)가 '하이'일 때 신호를 충전하고, '로우'일 때 방전하는 기능을 갖는 제1커패시터(C1)와; 상기 제1발진기(OSC1)가 발생시키는 신호(VCONTROL)를 역비례 또는 비례적으로 충, 방전함으로써 특정 주파수의 삼각파를 출력하는 제2커패시터(C2)와; 상기 제1발진기(OSC1)로부터 출력되는 신호(VCONTROL)를 입력받아, 입력된 신호에 대해서 상기 제2커패시터(C2)의 충전 전류 또는 방전 전류가 역비례하거나 비례하게 하여 클럭을 언밸런싱시켜 출력하는 제2 발진기(OSC2)로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로의 동작은 다음과 같다.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭(Unbalanced Clock)을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로를 나타낸 블록도로서, 여기서 언밸런스드 클럭 발생기(UCG ; 100)는 스타트-업시 기동 클럭을 정상 스타트-업과과 가속 스타트-업이 가능하도록 하기 위해서 언밸런싱(Unbalancing)된 클럭을 제공한다.
또, 시프트 레지스터(20)와 정류 및 선-구동 회로(60)는 상기 언밸런싱(Unbalancing)된 클럭을 이용하여 3상 출력을 형성할 수 있는 정류 논리 신호(Commutation Logic Signal)를 출력한다. 이러한 정류 논리 신호를 이용하는 3상 구동 출력단(70)은 센서리스 브러시리스 직류 모터를 구동한다. 상기한 언밸런스드 클럭 발생기(UCG ; 100)의 상세한 회로도가 제3도에 도시되어 있다.
제3도에 도시된 언밸런스드 클럭 발생기(UCG ; 100)에서, 제1발진기(OSC1)는 제1커패시터(C1)의 충전 전류(Ich), 방전 전류(Idisch), 커패시턴스(C1) 및 발진기의 발진 폭(ΔV)에 의해서 충전 시간(Tch_osc1), 방전 시간(Tdisch_osc1)을 결정할 수 있다. 제1발진기(OSC1)의 충전, 방전 시간을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
상기 제1발진기(OSC1)로부터 출력되는 신호(VCONTROL)는, 제1커패시터(C1)의 충전 시간동안에는 '하이', 방전되는 시간동안에는 `로우'를 출력한다.
제2발진기(OSC2)는 제1발진기(OSC1)와 동작은 같으나, 제1발진기(OSC1)로부터 출력되는 신호(VCONTROL)가 '로우'일 경우 충전이 늦어져 제2커패시터(C2)에는 충전 최소 전류(Ich_min)가 흐르고, 제1발진기(OSC1)로부터 출력되는 신호(VCONTROL)가 '하일'일 경우 충전이 빨라져 제2커패시터(C2)에는 충전 최대 전류(Ich_max)가 되어 충, 방전 전류를 다음의 수식으로 나타낼 수 있다.
제4도는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭 발생기(100)의 출력 파형을 나타낸 파형도이다. 제4도에 도시된 제2발진기(OSC2)이 출력 클럭(CLOCK)은, 스타트-업시 정상 스타트-업과 가속 스타트-업이 가능하도록 언밸런스드 클럭으로서, 시프트 레지스터(20), 정류 및 선-구동 회로(60), 3상 구동 출력단(70)을 거쳐 브러시리스 직류 모터를 효과적으로 구동할 수 있도록 사용된다. 그리고 제4도에 도시된 상기 제1발진기(OSC1)의 출력 신호(VCONTROL)에 역비례 또는 비례하는 제2커패시터(C2)의 충, 방전 전류를 통해 생성되는 삼각파를 그대로 클럭 신호로서 사용할 수도 있다.
다음으로, 상기 클럭(CLOCK)에 동기된 각 상의 출력 전류 파형이 제5도에 도시되어 있다. 제5도에 도시된 바와 같이, 정상 기동 시간(T0) 동안에는 정상적인 스타트-업을 하다가, 모터에서 발생하는 역기전력이 충분하지 않을 경우 가속 기동 시간(T1)을 두어 그동안 출력 전류의 주파수를 증가시켜 모터의 회전 속도를 높임으로써 역기전력의 발생량을 증가시킨다.
만약, 처음부터 가속 기동 시간(T1)에는 사용한 주파수로 모터를 구동하면 돌지 않을 확률이 높으나, 정상 기동 시간(T0) 동안 정상적인 스타트-업 주파수로 모터를 회전시켜 정지 마찰력을 제거한 다음, 가속 기동 시간(T1) 동안 서서히 가속함으로써 모터는 회전하게 된다. 또한, 이러한 과정이 반복되므로 실패할 확률은 더욱 낮아지게 된다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 본 발명의 실시예에 따른 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로의 효과는, 마이크로 프로세서나 복잡한 회로 없이 언밸런스드 클럭 발생기를 추가하여, 스타트-업시 기동 클럭을 정상 스타트-업과 가속 스타트-업이 가능하도록 언밸런싱(Unbalancing)시켜 역기전력의 발생을 크게 함으로써, 안정되고 빠른 스타트-업을 가능하게 하도록 한 것이다.

Claims (2)

  1. 임의의 펄스폭을 갖는 클럭 주파수를 발생시키는 제1발진기와; 상기 제1발진기가 발생시키는 신호가 '하이'일 때 신호를 충전하고, '로우'일 때 방전하는 기능을 갖는 제1커패시터와; 상기 제1발진기가 발생시키는 신호를 역비례 또는 비례적으로 충, 방전함으로써 특정 주파수의 삼각파를 출력하는 제2커패시터와; 상기 제1발진기로부터 출력되는 신호를 입력받아, 입력된 신호에 대해서 상기 제2커패시터의 충전 전류 또는 방전 전류가 역비례하거나 비례하게 하여 클럭을 언밸런싱시켜 출력하는 제2발진기로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 언밸런스드 클럭 발생기.
  2. 전체 회로를 구동시키기 위한 언밸런스드 주파수의 클럭을 발생시키는 언밸런스드 클럭 발생기와; 상기 언밸런스드 클럭 발생기의 출력 신호를 입력받아, 브러시리스 직류 모터의 정류(Commutation)를 위한 3-상태 또는 6-상태의 논리 신호를 발생시키는 시프트 레지스터와; 상기 모터 회전시에 발생하는 역기전력 신호를 검출하여 출력하는 역기전력 검출기와; 강제 기동 모드에서의 3상에서 발생하는 역기전력을 증폭하여 출력하는 역기전력 증폭기와; 운전 모드에서 발생하는 역기전력을 입력받아, 공통 전압(COM)과의 비교를 통하여 회전하는 모터의 위치를 판단하는 역기전력 비교기와; 상기 역기전력 비교기로부터 출력되는 신호에 따라서, 상기 시프트 레지스터에서 발생된 정류(Commutation) 논리 신호를 순차적으로 출력하고, 선-구동(pre-drive) 기능을 갖고 정류 및 선(先)-구동 회로와; 상기 정류 및 선(先)-구동 회뢰의 출력 신호를 통해서 3상 브러시리스 직류 모터를 구동시키는 3상 구동 출력단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로.
KR1019950026160A 1995-08-23 1995-08-23 언밸런스드 클럭을 사용한 센서리스 브러시리스 직류 모터의 스타트-업 회로 KR0154854B1 (ko)

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