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KR0182168B1 - 모터구동 시스템 - Google Patents

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명의 모터 구동 시스템을 공개한다. 그 시스템은 브러쉬리스 모터, 상기 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 모터 구동수단, 상기 모터로부터의 3상 역기전력과 중심점 전압을 각각 입력하여 비교하여 제1, 2 및 3비교전압을 발생하기 위한 비교수단, 상기 제1, 2 및 3비교전압을 입력하여 배타논리합하여 영점신호를 발생하기 위한 배타논리합수단, 상기 영점신호의 상승엣지를 검출하기 위한 상승엣지 검출수단, 상기 상승엣지 검출수단의 출력신호에 의해서 클리어되고 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 계수수단, 상기 계수수단에 의해서 계수된 값과 미리 지정된 값을 비교하여 비교신호를 발생하기 위한 비교수단, 상기 영점신호의 반전된 신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 방전신호를 발생하고, 상기 영점신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 충전신호를 발생하기 위한 논리곱수단, 상기 방전신호 및 충전신호에 의해서 충전 또는 방전되는 충/방전수단 및 상기 충/방전수단의 충력신호에 응답하여 상기 모터 구동수단을 제어하기 위한 제어수단으로 구성되어 있다. 따라서, 회로구성이 간단하다.

Description

모터 구동 시스템
제1도는 본 발명의 모터 구동 시스템의 속도 제어회로의 회로도이다.
제2a 내지 d도는 제1도에 나타난 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것이다.
제3도는 본 발명의 모터 구동 시스템의 블럭도이다.
제4a 내지 f도는 모터의 속도가 기준속도보다 느릴 때의 제1도 및 제3도에 나타난 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것이다.
제5a 내지 f도는 모터의 속도가 기준속도보다 빠를 때의 제1도 및 제3도에 나타난 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것이다.
본 발명은 모터 구동 시스템에 관한 것으로, 특히 모터의 속도를 제어하기 위한 모터 구동 시스템에 관한 것이다.
최근 전자산업에서 사용되는 소형 정밀 모터는 대부분이 브러쉬리스 직류 모터(brushless DC motor; BLDC moter)이다. 브러쉬리스 직류 모터는 모터의 특성이 직류 모터와 비슷하여, 제어가 용이하고, 직류 모터에 비해 브러쉬가 없어서, 구조가 간단하고 모터의 유지보수가 필요없다는 장점이 있다. 브러쉬리스 직류 모터에서는 직류 모터에서 브러쉬를 사용하여 전류(commutation)작용을 수행하던 것을 반도체 소자를 이용하여, 모터에 연결된 스위치를 온, 오프시켜서 전류를 수행한다. 특히 하드 디스크처럼, 고속, 정속운전이 요구되는 분야에서는 대부분이 브러쉬리스 모터를 이용하고 있다. 하드 디스크에 데이타를 저장하고 읽어내는 경우에는 모터의 속도가 속도리플이 없이 일정한 속도로 회전하는 것이 중요한데 이를 위해서 속도제어회로가 필요하게 된다. 일반적으로, 마이크로프로세서가 채용되어 모터의 제어를 수행하는 경우에는 속도 검출센서를 이용하여 속도를 읽고, 마이크로 프로세서에서 직접제어를 수행하는 경우에는 별 문제가 없으니, 저가의 모터 구동 시스템을 구축하여야 하는 경우에는 모터 구동 직접회로(IC)에서 아날로그적 속도제어를 수행하도록 되어 있다. 특히, 속도센서를 사용하지 않는 센서리스방식으로 구동하는 경우에는 모터로부터 발생하는 역기전력을 검출하여 속도 제어회로의 입력신호로 사용하게 된다. 모터의 역기전력이 영점(zero cross point)을 지날 때를 검출하여, 디지탈 카운터에서 출력되는 속도기준시호와 비교하여, 위상 에러를 검출하여 디지탈 위상 동기 루프(phase locked loop)를 이용하여 속도를 제어하거나, 두개의 디지탈 카운터를 이용하여 위상차를 영으로 만들도록 하는 것이 대부분의 속도 제어회로이다.
본 발명의 목적은 회로구성이 간단한 모터 구동 시스템을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터 구동 시스템은 브러쉬리스 모터, 상기 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 모터 구동수단, 상기 모터로부터의 3상 역기전력과 중심점 전압을 각각 입력하여 비교하여 제1, 2 및 3비교전압을 발생하기 위한 비교수단, 상기 제1, 2 및 3비교전압을 입력하여 배타논리합하여 영점신호를 발생하기 위한 배타논리합수단, 상기 영점신호의 상승엣지를 검출하기 위한 상승엣지 검출수단, 상기 상승엣지 검출수단의 출력신호에 의해서 클리어되고 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 계수수단, 상기 계수수단에 의해서 계수된 값과 미리 지정된 값을 비교하여 비교신호를 발생하기 위한 비교수단, 상기 영점신호의 반전된 신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 방전신호를 발생하고, 상기 영점신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 충전신호를 발생하기 위한 논리곱수단, 상기 방전신호 및 충전신호에 의해서 충전 또는 방전되는 충/방전수단 및 상기 충/방전수단의 출력신호에 응답하여 상기 모터 구동수단을 제어하기 위한 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 모터 구동 시스템을 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 모터 구동 시스템의 속도 제어회로의 회로도로서, 브러쉬리스 모터(10), 비교기들(12,14,16) XOR게이트(18), 카운터(20), 비트 비교기(22), OR게이트들(24,26), AND게이트들(28,30) 및 상승 엣지 검출기(32)로 구성되어 있다.
비교기들(12,14,16)은 브러쉬리스 모터(10)로부터 출력되는 3상 역기전력 신호(Va,Vb,Vc)와 중심전 전압(Vn)을 각각 입력하여 비교하여 신호(COMP_A,COMP_B,COMP_C)를 출력한다. XOR게이트(18)는 비교기들(12,14,16)의 출력신호를 배타논리합하여 신호(ZC)를 발생한다. 상승 엣지 검출기(32)는 신호(ZC)의 상승엣지를 검출한다. 카운터(20)는 상승 엣지 검출기(32)에 의해서 신호(ZC)의 상승엣지를 검출한 신호에 의해서 클리어되고 클럭신호(SPC CK)에 응답하여 계수를 시작한다. 비트 비교기(22)는 카운터(20)의 출력 비트 신호(B0-Bn)를 미리 지정된 속도에 해당하는 값과 비교한다. 만일, 비교된 값이 미리 지정된 값보다 크면 신호(Q)가 하이레벨에서 로우레벨로 바뀌게 된다. 인버터(24)는 신호(ZC)를 반전하여 반전된 신호()를 발생한다. 인버터(26)는 신호(Q)를 반전하여 반전된 신호()를 발생한다. AND게이트(28)는 인버터(24)와 비트 비교기(22)의 출력신호를 논리곱하여 신호(DISCHG)를 발생한다. AND게이트(30)는 XOR게이트(18)와 인버터(26)의 출력신호를 논리곱하여 신호(CHARGE)를 발생한다. 카운터(20)에 미리 저장되는 값인 신호(SPC CK)의 수는 아래의 식으로 주어진다.
(SPC CK의 수)×(SPC CK의 주기)=(COMP_A의 주기)/6
제2a 내지 d도는 제1도에 나타낸 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것으로, 제2a도는 신호(COMP_A)의 출력파형을, 제2b도는 (COMP_B)의 출력파형을, 제2c도는 신호(COMP_C)의 출력파형을, 제2d도는 신호(ZC)의 출력파형을 각각 나타내는 것이다.
제3도는 본 발명의 모터 구동 시스템의 블럭도로서, 모터 구동회로(50), 브러쉬리스 모터(52), 속도 제어회로(54), 스위치들(56,58), 전류원들, 캐패시트(Vcap) 및 전류 제어회로(60)로 구성되어 있다.
제4a 내지 f도는 모터의 속도가 기준속도보다 느릴 때의 제1도 및 제3도에 나타낸 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것으로, 제4a도는 신호(ZC)의 파형, 제4b도는 클리어 신호(CLR)의 파형, 제4c도는 신호(Q)의 파형, 제4d도는 신호()의 파형, 제4e도는 신호()의 파형, 제4f도는 신호(CHARGE)의 파형을 각각 내타내는 것이다. 모터의 속도가 기준속도보다 느리게 되면, 제4a도에 나타낸 신호(ZC)의 하이레벨인 구간이 제4c도에 나타난 비트 비교기의 출력신호(Q)의 하이레벨인 구간보다 길게 되고, 제4f도에 나타낸 신호(CHARGE)가 하이레벨인 동안은 스위치(56)에 신호가 인가되어 스위치가 온되어 캐패시터(Vcap)를 충전하게 된다. 캐패시터(Vcap)에 충전된 전압은 전류 지령치가 되어 전류 제어회로(60)로 입력되어, 전류 제어회로(60)는 모터가 가속이 되도록 스위치들(Sa,Sb,Sc,,,)을 온/오프시키게 된다.
제5a 내지 f도는 모터의 속도가 기준속도보다 빠를 때의 제1도 및 제3도에 나타낸 회로의 각 부 출력파형을 나타내는 것으로, 제5a도는 신호(ZC)의 파형, 제5b도는 클리어 신호(CLR)의 파형, 제5c도는 신호(Q)의 파형, 제5d도는 신호()의 파형, 제5e도는 신호()의 파형, 제5f도는 신호(DISCHG)의 파형을 각각 나타내는 것이다. 모터의 속도가 기준속도보다 빠르게 되면, 제5a도에 나타낸 신호(ZC)의 하이레벨인 구간이 제5c도에 나타낸 비트 비교기의 출력신호(Q)의 하이레벨인 구간이 제5c도에 나타낸 비트 비교기의 출력신호(Q)의 하이레벨인 구간보다 짧게 되고, 제5f도에 나타낸 신호(DISCHG)가 하이레벨인 동안은 스위치(58)에 신호가 인가되어 온되어 캐패시터(Vcap)를 방전하게 된다. 전압(Vcap)은 전류 지형치가 되어 전류 제어회로(60)로 입력되고, 전류 제어회로(60)는 모터가 감속이 되도록 스위치들(Sa,Sb,Sc,,,)을 온/오프시키게 된다.
따라서, 본 발명의 모터 구동 시스템의 속도 제어회로는 회로 구성이 간단하고, 집적화시에 칩 사이즈가 줄어들게 된다.

Claims (1)

  1. 브러쉬리스 모터; 상기 브러쉬리스 모터를 구동하기 위한 모터 구동수단; 상기 모터로부터의 3상 역기전력과 중심점 전압을 각각 입력하여 비교하여 제1, 2 및 3비교전압을 발생하기 위한 비교수단; 상기 제1, 2 및 3비교전압을 입력하여 배타논리합하여 영점신호를 발생하기 위한 배타논리합수단; 상기 영점신호의 상승엣지를 검출하기 위한 상승엣지 검출수단; 상기 상승엣지 검출수단의 출력신호에 의해서 클리어되고 클럭신호에 응답하여 계수하기 위한 계수수단; 상기 계수수단에 의해서 계수된 값과 미리 지정된 값을 비교하여 비교신호를 발생하기 위한 비교수단; 상기 영점신호의 반전된 신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 방전신호를 발생하고, 상기 영점신호와 상기 비교신호를 논리곱하여 충전신호를 발생하기 위한 논리곱수단; 상기 방전신호 및 충전신호에 의해서 충전 또는 방전되는 충/방전수단; 및 상기 충/방전수단의 출력신호에 응답하여 상기 모터 구동수단을 제어하기 위한 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 모터 구동 시스템.
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