KR101702440B1 - 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법 - Google Patents

화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

화상형성장치가 개시된다. 본 화상형성장치는, 화상 형성 잡 수행에 사용되는 엔진부, 엔진부의 동작을 제어하는 엔진 제어부, 엔진부를 기동시키는 BLDC(Brushless DC) 모터, BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부, 엔진 제어부로부터 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부, BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부, 및, 수신된 디지털 제어 명령, 감지된 구동 정보 및 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부를 포함한다.

Description

화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법{IMAGE FORMING APPARATUS, MOTOR CONTROLLING APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법에 관한 것으로, BLDC 모터에 대한 제어 게인값을 용이하게 변경할 수 있는 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법에 관한 것이다.
화상형성장치는 화상데이터의 생성, 인쇄, 수신, 전송 등을 수행하는 장치로서, 대표적인 예로서 프린터, 스캐너, 복사기, 팩스, 및 이들의 기능을 통합 구현한 복합기 등을 들 수 있다.
이와 같은 화상형성장치에서는 인쇄 용지를 이동시키거나, 인쇄 용지를 공급하는 등과 같이 다양한 기능을 수행하기 위한 모터들이 사용된다. 최근에는 화상형성장치에 ADF(Auto Document Feeder) 유닛, 피니셔(Finisher) 유닛, HCF(High Capacity Feeder) 유닛, DCF(Double Capacity Feeder) 유닛과 같은 다양한 기능을 수행하는 옵션 유닛을 화상형성장치에 부착할 수 있게 됨에 따라, 화상형성장치에서 사용될 수 있는 모터의 개수는 점점 더 증가하고 있다.
최근에는 화상형성장치의 구동시에 발생하는 소음을 방지하고자 BLDC 모터가 많이 이용되는 추세이다. BLDC 모터는 DC 모터에서 브러시 구조를 없애고 정류를 전자적으로 수행하는 모터로, 브러시와 정류자 간의 기계적인 마찰부가 없어지므로 고속화가 가능하고 소음이 적다.
이와 같은 BLDC 모터는 상술한 바와 같이 브러시 구조가 존재하지 않기 때문에 회전자의 위치 정보를 홀 센서 등을 이용하여 감지하고, BLDC 모터의 각 상에 전원을 순차적으로 인가하여 제어하여야 한다는 점에서, 구동 회로가 이용되었다.
구체적으로, 종래에는 아날로그 PLL 방식의 구동 회로를 이용하여 BLDC 모터를 제어하였다. 그러나 아날로그 PLL 방식은 외부에 연결된 외부 저항과 커패시터와 같은 수동 소자에 의하여 제어 게인값이 조정되었다는 점에서, 한 번 고정된 제어 게인값은 부품을 변경하지 않고서는 변경되지 않는다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 BLDC 모터에 대한 제어 게인값을 용이하게 변경할 수 있는 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 화상형성장치는, 화상 형성 잡 수행에 사용되는 엔진부, 상기 엔진부의 동작을 제어하는 엔진 제어부, 상기 엔진부를 기동시키는 BLDC(Brushless DC) 모터, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부, 상기 엔진 제어부로부터 상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부, 상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부, 및, 상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부를 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치는, BLDC(Brushless DC) 모터, 상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부, 상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부, 및, 상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부를 포함한다.
이 경우, 상기 디지털 제어부는, 상기 수신된 디지털 제어 명령과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 에러 검출부, 상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 연산부, 및, 상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 PWM 생성부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 에러 검출부는, 상기 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 주파수 에러 검출부, 및, 상기 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 위상 에러 검출부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 연산부는, 상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 센서부는, 상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 전기각 감지부, 및, 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 속도 감지부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 디지털 제어부는, 상기 속도 감지부의 속도 정보를 이용하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 센서부는, 상기 수신된 전기각 정보를 이용하여 상기 BLDC 모터에 대한 속도 정보를 생성하는 타코 생성부를 더 포함하며, 상기 디지털 제어부는,
상기 타코 생성부의 속도 정보를 이용하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 수신된 디지털 제어 명령 및 상기 감지된 구동 정보에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 아날로그 방식으로 제어하는 아날로그 제어부, 및, 상기 구동 신호부와 상기 디지털 제어부 또는 상기 아날로그 제어부의 연결 상태를 스위칭하는 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 통신 인터페이스부는, SPI(Serial Peripheral Interface) 및 I2C 중 어느 하나의 방식으로 상기 디지털 제어 명령을 수신하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 디지털 제어 명령은, BLDC 모터에 대한 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전방향, 속도 지령값, 브레이크 작동, 락 타임(lock time), 디지털 게인값 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 수신된 디지털 제어 명령을 저장하는 레지스터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치는, 상기 수신된 디지털 제어 명령 중 락 타임(lock time)에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 중단시키는 락 보호부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 모터 제어 장치는, DC 모터를 더 포함하고, 상기 디지털 제어부는, 상기 BLDC 모터를 제어하면서, 상기 DC 모터를 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 BLDC 모터는 복수개 구비되며, 상기 센서부, 상기 디지털 제어부 및 상기 구동 신호부는 상기 BLDC 모터 각각에 대응되도록 복수개 구비되며, 상기 통신 인터페이스부는, 복수의 디지털 제어부 중 상기 수신된 디지털 제어 명령에 대응되는 디지털 제어부에 상기 수신된 디지털 제어 명령을 전달하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 BLDC 모터는 OPC 모터, Fuser 모터 및 Polygon 모터 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
한편, 상기 통신 인터페이스부 및 상기 디지털 제어부는 하나의 칩으로 구현되는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에 따른 BLDC(Brushless DC) 모터의 모터 제어 방법은, BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 단계, 상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계, 상기 수신된 디지털 제어 명령과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 단계, 상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 단계, 및, 상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계, 상기 생성된 PWM 신호에 기초하여 상기 BLDC 모터의 구동 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
한편, 상기 구동 신호를 생성하는 단계는, 상기 BLDC 모터에 대한 구동 신호를 생성하면서, 스텝 모터 및 DC 모터 중 적어도 하나에 대한 구동 신호를 생성하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성장치를 나타내는 도면,
도 2 및 도 3은 도 1의 모터 제어 장치의 구성을 구체적으로 나타내는 도면,
도 4는 도 3의 주파수 에러 검출부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3의 위상 에러 검출부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 실시예에 따른 디지털 게인값 설정 방법과 관련된 테이블,
도 7은 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치를 나타내는 도면,
도 8은 도 3의 타코 생성기의 구조 및 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 9 내지 도 12는 도 2의 통신 인터페이스부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 13은 도 2의 구동 신호부의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상형성장치를 나타내는 도면,
도 15는 본 실시예에 따른 모터 제어 장치를 이용하여 DC 모터를 제어하는 경우의 연결 설정 방식을 도시한 도면, 그리고,
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화상형성장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 화상형성장치(1000)는 엔진 제어부(110), 엔진부(120), BLDC 모터(130) 및 모터 제어 장치(200)를 포함한다.
엔진 제어부(110)는 화상 형성 잡 수행에 사용되는 엔진부(120)의 동작을 제어하며, 엔진부(120)를 기동시키는 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 모터 제어 장치(200)에 송신한다. 구체적으로, 엔진 제어부(110)는 인쇄 잡이 수신되면, 인쇄 잡이 수행되도록 엔진부(120)를 제어한다. 그리고 엔진 제어부(110)는 엔진부(120)가 동작하도록 엔진부(120)를 기동시키는 BLDC 모터(130)가 기동하도록 모터 제어 장치(200)에 디지털 제어 명령을 전송할 수 있다.
예를 들어, 엔진 제어부(110)는 BLDC 모터에 대한 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전방향, 속도 지령값, 브레이크 작동, 락 타임, 디지털 게인값과 같은 디지털 제어 명령을 모터 제어 장치(200)에 전송할 수 있다.
그리고, 엔진 제어부(110)는 모터 제어 장치(200)로부터 BLDC 모터(130)의 동작 상태에 대한 정보를 수신할 수 있다.
엔진부(120)는 화상 형성 잡을 수행한다. 구체적으로, 엔진부(120)는 엔진 제어부(110)의 제어 및 BLDC 모터(130)의 기동에 따라 화상 형성 잡을 수행할 수 있다.
BLDC 모터(130)는 화상형성장치 내부에 구비되는 BLDC 모터로, 순차적으로 입력되는 3상 전원을 입력받으며, 입력되는 3상 전원에 따라 등속 또는 가속 구동을 수행할 수 있다. 그리고, BLDC 모터(130)는 입력되는 3상 전원의 상 순서에 따라 정방향 구동 또는 역방향 구동을 수행할 수 있다. 여기서 BLDC 모터(130)는 OPC(opto photo-organic conductor) BLDC 모터, Fuser BLDC 모터, Polygon BLDC 모터일 수 있다.
한편, BLDC 모터(130)는 모터 내부의 전기각을 감지하는 홀 센서 및 회전 속도를 감지하는 속도 감지 센서를 포함할 수 있다. 구체적으로, 홀 센서는 BLDC 모터 상에 부착되어 DC 모터 내부의 전기각의 변화를 감지하는 센서이고, 속도 감지 센서는 BLDC 모터의 구동 속도 정보를 주파수 형태로 출력하는 센서이다. 홀 센서 및 속도 감지에서 감지된 전기각 정보 및 구동 속도 정보는 모터 제어 장치(200)에 전달되며, 모터 제어 장치(200)는 전달된 전기각 정보 및 구동 속도 정보에 기초하여 BLDC 모터(130)에 대한 피드백 제어를 수행할 수 있다. 본 실시 예에서는 홀 센서 및 속도 감지 센서만을 설명하였지만, 이외의 센서를 이용하여 모터의 구동 동작을 감지할 수도 있다.
모터 제어 장치(200)는 엔진 제어부(110)로부터 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하며, 수신된 디지털 제어 명령에 따라 BLDC 모터(130)에 대한 구동 신호를 생성할 수 있다. 모터 제어 장치(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 2 및 도 3을 참고하여 후술한다.
도 2 및 도 3은 도 1의 모터 제어 장치의 구성을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 다른 모터 제어 장치(200)는 통신 인터페이스부(210), 센서부(220), 디지털 제어부(201), 구동 제어부(260), 락 보호부(265) 및 구동 신호부(270)를 포함한다.
통신 인터페이스부(210)는 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신한다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스(211) 및 레지스터(212)로 구성될 수 있다.
시리얼 인터페이스(211)는 BLDC 모터의 동작을 제어하기 위해 사용되는 디지털 제어 명령을 엔진 제어부(110)로부터 전달받는다. 디지털 제어 명령은 BLDC 모터에 대한 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전 방향, 속도 지령값, 브레이크 작동, 락 타임(lock time), 디지털 게인값 등과 같은 정보를 포함할 수 있다.
이와 같은 디지털 제어 명령은 두 개의 장치 간의 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(Serial Peripheral Interface) 및 양방향 직렬 버스인 I2C 등의 시리얼 통신 인터페이스를 통해 엔진 제어부(110)로부터 전달받을 수 있다.
그리고, 시리얼 인터페이스(211)는 수신된 디지털 제어 명령에서 제어 신호를 독출할 수 있다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스(211)는 ID1/SEN, ID0/SDI, SCL/SCK, SDA, SDO, I2C /SPIB 단자를 통해 수신된 디지털 제어 명령에서 BLDC 모터에 대한 각종 제어 신호(또는, 구동 명령(예를 들어, 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전방향, 회전 속도, 브레이크 작동))을 독출할 수 있다.
한편, 시리얼 인터페이스(211)는 BLDC 모터의 상태 정보를 인쇄 엔진부(110) 등에 전달할 수 있다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스(211)는 채널별 준비 상태, 채널별 온도 및 채널별 과전류 여부 등의 정보를 인쇄 엔진부에 전달할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어 동작 중에 BLDC 모터에 대해서 과전류가 감지된 경우, 이에 대한 정보를 인쇄 엔진부(110)에 전달하여 모터에 대한 보호 방지를 수행할 수 있다.
또한, 시리얼 인터페이스(211)는 BLDC 모터의 제어와 관련된 디지털 제어 정보뿐만 아니라, 모터 제어 장치(200) 내의 제어 방식과 관련된 정보를 수신할 수 있다. 구체적으로, 시리얼 인터페이스(211)는 칩 인에이블(절전 모드 동작 여부), PWM 주파수(BLDC 모터의 상전압 인가 주파수), 락 타임(모터가 정상상태 도달시까지의 대기 시간, 설정 시간 지난 후 모터 보호를 위한 전압 차단 시간 등), 타코 생성기 제어(타코 생성기(244)의 동작 여부), 디지털 게인값과 같은 제어 방식과 관련된 정보를 수신하고, 수신된 제어 방식과 관련된 정보를 BLDC 모터 제어시 이용할 수 있다.
레지스터(212)는 시리얼 인터페이스(211)에서 수신된 디지털 제어 명령을 저장할 수 있다. 구체적으로, 레지스터(212)는 수신된 디지털 제어 명령 중 해당 BLDC 모터 제어에 필요한 제어 신호 및 제어 방식에 대한 정보를 저장할 수 있다.
센서부(220)는 BLDC 모터의 구동 정보를 감지할 수 있다. 구체적으로, 센서부(220)는 전기각 감지부(221), 속도 감지부(223) 및 타코 생성부(224)를 포함할 수 있다.
전기각 감지부(221)는 BLDC 모터에 부착되는 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하며, 이에 대한 정보를 디지털 제어부(201)에 전달할 수 있다.
속도 감지부(223)는 BLDC 모터에 부착되는 속도 감지 센서로부터 BLDC 모터의 회전 속도 정보를 주파수 형태로 수신하며, 수신된 주파수 형태의 회전 속도 정보(예를 들어, FG 신호)를 디지털 제어부(201)에 전달할 수 있다.
타코 생성부(224)는 수신된 전기각 정보를 이용하여 BLDC 모터에 대한 속도 정보를 생성한다. 구체적으로, 타코 생성부(224)는 전기각 감지부(221)에서 수신된 3상 전기각 정보를 속도 정보 신호로 변환할 수 있다. 타코 생성부(224)의 구체적인 구조 및 동작에 대해서는 도 7을 참고하여 후술한다.
디지털 제어부(201)는 수신된 디지털 제어 명령, 감지된 구동 정보 및 BLDC 모터에 대한 디지털 게인값 기초하여 BLDC 모터에 대한 디지털 PLL 제어를 수행한다. 구체적으로, 디지털 제어부(201)는 에러 검출부(230), 연산부(240) 및 PWM 생성부(250)로 구성될 수 있다.
에러 검출부(230)는 수신된 디지털 제어 명령과 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출한다. 구체적으로, 에러 검출부(280)는 주파수 에러 검출부(231) 및 위상 에러 검출부(232)로 구성될 수 있다.
주파수 에러 검출부(231)는 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출한다. 구체적으로, 주파수 에러 검출부(231)는 통신 인터페이스부(210)에서 추출된 속도 지령값과 센서부(220)에서 감지된 BLDC 모터의 속도 정보를 상호 비교하여 주파수 에러값을 산출한다. 주파수 에러 검출부(231)의 구체적인 동작에 대해서는 도 4를 참고하여 후술한다.
위상 에러 검출부(232)는 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출한다. 구체적으로, 위상 에러 검출부(232)는 통신 인터페이스부(210)에서 추출된 속도 지령값과 센서부(220)에서 감지된 BLDC 모터의 속도 정보를 상호 비교하여 위상 에러값을 산출한다. 위상 에러 검출부(232)의 구체적인 동작에 대해서는 도 5를 참고하여 후술한다.
연산부(240)는 산출된 디지털 에러값과 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산한다. 구체적으로, 연산부(240)는 에러 검출부(231)에서 산출된 주파수 에러값 및 위상 에러값과 통신 인터페이스부(210)에서 수신된 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터에 대한 PWM 듀티비(또는 지령 전압)를 연산할 수 있다. 예를 들어, 연산부(240)는 아래의 수학식 1을 이용하여 BLDC 모터에 대한 지령 전압(또는 PWM 듀티비)을 연산할 수 있다.
Figure 112010044190700-pat00001
여기서, volt는 BLDC 모터에 대한 지령 전압, FrequencyError는 주파수 에러 검출부(231)에서 산출된 주파수 에러값, PhaseError는 위상 에러 검출부(232)에서 산출된 위상 에러값, FKP(Frquency P Gain)는 주파수에 대한 P 게인값, FKI(Frquency I Gain)는 주파수에 대한 I 게인값, PKP(Phase P Gain)는 위상에 대한 P 게인값, PKI(Phase I Gain)는 위상에 대한 I 게인값이다.
수학식 1에서 알 수 있듯이, 본 실시 예에서는 PID 제어에서 D 제어를 제외한 PI 제어만을 이용하여 BLDC 모터에 대한 제어를 수행하였다. 그러나 구현시에는 D 제어를 포함하여 PID 제어를 이용하여 BLDC 모터에 대한 제어를 수행할 수도 있다.
또한, 본 실시 예에서는 주파수 제어(주파수 에러값을 이용하는 제어) 및 위상 제어(위상 에러값을 이용하는 제어)를 동시에 수행하는 실시예에 대해서만 설명하였지만, 구현시에는 주파수 제어만을 수행할 수도 있으며, 위상 제어만을 수행하는 형태로도 구현할 수 있다.
예를 들어, BLDC 모터에 대한 가속 제어 시에는 주파수 제어만을 수행하고, BLDC 모터가 정속에 도달하는 경우에는 위상 제어만을 수행하는 형태로 구현될 수 있다. 즉, BLDC 모터의 동작 상태에 따라 다른 제어 방식을 이용할 수 있다.
한편, 연산부(240)는 시프트(shift) 연산을 이용하여 PWM 듀티비를 연산할 수 있다. 구체적으로, 수학식 1의 Frequency Error * FKP 형태의 연산은 수학식 2와 같은 형태로 변환할 수 있다.
Figure 112010044190700-pat00002
예를 들어, FKP = 0.350인 경우, FKP의 값을 0.3496으로 근사하면 다음과 같은 수학식 3과 같이 표시할 수 있다.
Figure 112010044190700-pat00003
이와 같이 본 실시예에 따른 연산부(240)는 시프트 연산을 이용하여 소수점 연산을 수행하는바, 낮은 리소스를 갖는 시스템에서 용이하게 PWM 듀티비를 계산할 수 있게 된다.
PWM 생성부(250)는 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성한다. 구체적으로, PWM 생성부(250)는 연산부(240)에서 연산된 PWM 듀티비에 따른 PWM 신호를 생성할 수 있다.
구동 제어부(260)는 생성된 PWM 신호 및 감지된 구동 정보에 기초하여 구동 신호부(270)를 제어한다. 구체적으로, 구동 제어부(260)는 PWM 생성부(250)에서 생성된 PWM 신호와 전기각 센서부(221)에서 수신된 전기각 정보에 기초하여 후술할 구동 신호부(270)에서 생성되는 구동 신호를 제어할 수 있다.
락 보호부(265)는 수신된 디지털 제어 명령 중 락 타임(lock time)에 기초하여 구동 신호부의 동작을 중단시킨다. 구체적으로, 부하 증가에 의해서 모터의 동작이 불가능함에도, 지속적으로 모터에 전류가 인가되면, 모터의 열이 상승하게 되어 모터 코일이 훼손되거나 화재가 발생할 수 있다. 따라서, 락 보호부(265)는 일정 시간 경과 될 때까지 모터의 회전 상태가 정상 상태에 도달하지 못할 경우 모터에 공급되는 전류를 끊을 수 있다. 이때, 이용되는 일정 시간이 락 타임(또는 락 시간)이다.
이와 같은 락 타임은 구동 모터의 종류(예를 들어, OPC 모터의 경우 2초, polygon 모터의 경우 8초) 및 구동 모듈에 따라 다른 값으로 설정될 수 있으며, 외부 환경 상태에 따라 다른 값으로 설정될 수 있다(예를 들어, 상온에서는 2초, 저온에서는 4초). 또한, 락 타임은 엔지 제어부(110)의 제어에 따라 통신 인터페이스부(210)를 통하여 용이하게 가변될 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 모터 제어 장치(200)는 락 보호부(265)를 구비하는바, 모터 제어 동작의 신뢰성 및 보호 효과를 증대할 수 있다. 또한, 시스템의 동작 환경에 따라서 회로의 수정 없이도 락 타임을 변경할 수 있는바, 적응적으로 BLDC 모터를 제어할 수 있게 된다.
구동 신호부(270)는 BLDC 모터(130)를 제어하기 위한 구동 신호를 생성한다. 구체적으로, 구동 신호부(270)는 도 12에 도시된 바와 같은 스위칭 시퀀스에 기초하여 BLDC 모터(130)를 제어하기 위한 3상 구동 신호를 생성할 수 있다.
이상과 같이 모터 제어 장치(200)는 디지털 PLL 제어 방식을 이용하여 BLDC 모터에 대한 제어를 수행하는바, BLDC 모터에 대한 제어 게인값을 용이하게 변경할 수 있게 된다. 또한, 모터 제어 장치(200)는 하나의 ASIC 칩으로 구현되는바, 화상형성장치(1000) 내부의 회로를 더욱 간단히 구현할 수 있게 된다.
도 2 및 도 3을 설명함에 있어서, 하나의 모터 제어 장치(200)가 하나의 BLDC 모터를 스위칭 소자부(140)를 이용하여 제어하는 형태에 대해서만 설명하였으나, 도 14에 도시된 바와 같이 하나의 모터 제어 장치가 두 개 이상의 BLDC 모터를 제어하는 형태로 구현할 수 있으며, 하나의 모터 제어 장치(200)가 BLDC 모터를 제어하면서, DC 모터를 함께 제어하는 형태로도 구현할 수 있다.
도 4는 도 3의 주파수 에러 검출부(231)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 주파수 에러 검출부(231)는 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 BLDC 모터의 속도 정보(FG 주파수)를 비교한다. 구체적으로, 주파수 에러 검출부(231)는 BLDC 모터의 FG 주파수보다 100배 이상 빠른 Mclk(Master Clock)을 이용하여 속도 지령값으로 입력되는 클럭의 상승 에지부터 다음 상승 에지까지의 MCLK의 펄스 수를 카운팅(IntervalHZ)한다. 그리고, 감지된 BLDC 모터의 FG 주파수에 대해서도 Mclk(Master Clock)을 이용하여 카운팅(IntervalFG)한다.
그리고, 주파수 에러 검출부(231)는 카운팅된 IntervelHz와 IntervalFG의 차이를 주파수 에러로 산출한다. 여기서 Mclk는 수십 MHz의 클럭을 가질 수 있다. 한편, FG 주파수의 펄스 수(IntervalFG)가 큰 경우에는 실제 모터의 속도가 더 작은 것인바, 주파수 에러 검출부(231)는 BLDC 모터의 지령 전압을 키워주기 위한 양의 부호를 갖는 주파수 에러값을 산출할 수 있다. 반대의 경우에는 음의 부호를 갖는 주파수 에러값을 산출할 수 있다. 구현시에 이와 같은 부호의 형태는 반대로 구현될 수 있다.
도 5는 도 3의 위상 에러 검출부(232)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, FG 주파수의 상승 에지로부터 속도 지령값의 상승 에지까지를 PH2로 정의하고, 속도 지령값의 상승 에지로부터 FG 주파수의 상승 에지까지를 PH1으로 정의하면, PH2 > PH1 인 경우에는, PH1 만큼 FG가 지연된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 위상 에러 검출부(232)는 PH2 > PH1 인 경우이면, 전압 지령치의 값을 키우기 위해 양의 부호를 갖는 PH1의 크기를 갖는 위상 에러값을 산출할 수 있다.
반대로 PH2 < PH1 인 경우에는, 위상 에러 검출부(232)는 PH2 만큼 FG가 앞선 것으로 판별하여 전압 지령치의 값을 줄이기 위하여 위상 에러의 부호가 음의 부호가 되게 하며 위상 에러의 값은 PH2으로 계산할 수 있다.
도 6은 본 실시예에 따른 디지털 게인값 설정 방법과 관련된 테이블이다.
구체적으로, 게인 설정 범위는 시스템 변동에 대한 모터 제어 장치(200)의 추종 성능과 밀접한 관계가 있으므로 제어기의 게인값에 있어서 설정 가능 범위는 커져야 한다. 따라서, 본 실시예에 따른 디지털 게인값 설정 방법은 상위 4비트를 시프트 연산의 자릿수로 이용한다. 이와 같이 상위 비트를 자릿수로 이용함으로써, 게인 레인지가 향상된다. 구체적으로, 통상적인 방식에 의하여 16비트의 레지스터 사이즈로 움직일 수 있는 게인 레인지는 0~15승이지만, 상위 비트를 자릿수로 이용하는 경우 게인 레인지는 0~26승까지 확장된다.
도 7은 도 3의 타코 생성기의 구조 및 동작을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7a을 참고하면, 타코 생성기(224)는 BLDC의 3상 홀 센서 신호로 수신하며, 수신된 3상 홀 센서 신호를 Exclusive OR 게이트 이용하여 하나의 신호로 생성할 수 있다. 구체적으로, BLDC 모터의 경우엔 회전자의 위치 감지를 위하여 3개의 홀 센서를 120도 간격으로 배치한다. 여기서 홀 센서는 회전자 영구자석의 N극과 S극을 감지하여 신호를 생성하는 센서로, 홀센서가 회전자가 10개의 폴을 가지는 BLDC 모터에 장착된 경우, 회전당 5 펄스의 홀 신호를 발생한다. 그리고, BLDC 모터에 3개의 홀 센서가 장착되는바, 타코 발생기(224)에서 출력되는 펄스 수는 회전당 5*3=15의 펄스가 발생한다.
한편, 타코 생성기(224)는 BLDC 모터의 회전 방향에 대한 정보를 생성할 수 있다. 구체적으로, 타코 생성기(224)는 전기각 감지기(221)로부터 수신된 전기각 정보(또는 홀 신호)를 이용하여 방향정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 홀 센서(HU, HV, HW)의 상태가 1 0 1에서 1 0 0 으로 변하면, 타코 생성기(224)는 이와 같은 홀 센서의 변화를 통하여 BLDC 모터의 회전방향이 CW 방향이라고 판단할 수 있다. 반면에 홀 센서(HU, HV, HW) 상태가 1 0 1에서 0 0 0 으로 변하면, 타코 생성기(224)는 BLDC 모터의 회전방향이 CCW 방이라고 판단할 수 있다.
이와 같은 타코 생성기(224)에 생성된 속도 정보는 속도감지부(222)의 속도 정보 대신에 이용될 수 있다. 즉, FG 신호의 사용 없이도 BLDC 모터에 대한 속도 제어를 수행할 수 있게 된다.
도 8 내지 도 11은 도 2의 통신 인터페이스부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 통신 인터페이스부(210)는 시리얼 인터페이스 방식으로 I2C와 SPI를 모두 지원한다. 구체적으로, 최소의 리소스를 사용하여 두 가지 인터페이스 모두 지원하기 위하여 SPI의 Clock 입력과 I2C의 Clock 입력을 같은 포트로 이용할 수 있다.
그리고, 동일한 레지스터 블럭을 사용하기 위하여 도 9에 도시된 SPI 프로토콜과 도 10에 도시된 I2C 프로토콜을 사용할 수 있다. 구체적으로, SPI/I2C 레지스터를 동일하게 하기 위하여, I2C 어드레스 명령어 바이트를 SPI의 모드(mode) + 어드레스(address) <5:0> 와 같은 값을 가지도록 구성할 수 있다.
도 8 내지 도 10에서 도시한 프로토콜은 하나의 사용 예에 불과하며, 구현시에는 주소(Address)의 바이트 수 및 데이터의 바이트 수의 가변하여 구현할 수 있다. 또한, I2C Slave ID의 확장 역시 가능하다.
한편, 레지스터(212)에 저장되는 정보는 BLDC의 동작과 관련된 정보(회전 개시(start), 회전의 정지(stop), 브레이크(brake), 회전방향(direction)), 칩 인에이블(Power saving 을 위한 chip enable/disable), PWM 주파수(BLDC 모터의 상전압 인가 주파수), 락 타임(모터가 정상상태 도달 시까지의 대기 시간. 설정 시간 지난 후 모터 보호를 위해 전압 차단), 타코 생성기 제어(타코 생성기의 기능 제어), 디지털 게인 및 칩 상태 모니텅(OCP(Over Current Protection), TSD(Thermal Shut Down), Motor Lock)이 포함될 수 있다.
한편, 시리얼 인터페이스를 이용하는 경우, 응답의 지연이 발생할 수 있다. 따라서, 신속한 응답이 요구되는 동작인 기동, 정지, 브레이크, 방향전환에는 도 11에 도시된 바와 같이 별도의 GPIO 포트를 이용할 수 있다. 이와 같이 별도의 GPIO 포트를 이용하는 경우, 엔진 제어부(110)와 모터 제어 장치(200) 간의 지연 발생을 줄일 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따른 모터 제어 장치(200')를 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 BLDC 모터는 Polygon BLDC 모터일 수 있다. Polygon BLDC 모터는 레이저 프린터의 LSU 시스템의 구동원으로 사용되는 모터로, 요구되는 정속 속도 제어 성능이 일반적으로 사용되는 구동 시스템에 비해서 상당히 높고(일반적인 OPC 구동에 요구되는 속도 리플 성능은 0.5% 이하이나, Polygon BLDC 모터의 경우엔 0.01% 이하), 구동 속도 대역 역시 약 20000 RPM 내지 40000 RPM으로 일반 모터의 1000 내지 4000 RPM 대비 상당히 높다. 또한 부하가 거의 없는 조건에서 구동하고 모터 특성 또한 입력되는 전압에 상당히 민감히 반응한다.
따라서, Polygon BLDC 모터를 제어하기 위해서는 고해상도의 속도 검출이 필요할 뿐만 아니라 고해상도의 속도 지령치 입력(모터인가전압), 클럭의 카운터 수가 요구된다.
이러한 점을 기초로 Polygon BLDC 모터를 제어하기 위하여 요구되는 메인 클럭 주파수, PWM 주파수 및 속도 지령치 입력(모터인가전압) 등을 검토한다.
먼저, 디지털 속도 제어기에서 주파수 에러와 위상 에러의 검출 해상도는 검출에 사용되는 메인 클럭의 주파수에 의존하게 된다. 그러나, 검출 해상도를 높이기 위하여 메인 클럭의 주파수를 올리면 에러 검출에는 유리하게 되나, 각 레지스터의 비트 수가 증가한다는 점에서, 칩 구현이 어렵게 된다. 따라서, 적절한 메인 클럭의 사용이 요구된다.
구체적으로, Polygon BLDC 모터의 최대구동 주파수(==PolygonCmdHz)를 4KHz로 가정하고, 구현하고자 하는 속도 오차 한계값(== RippleLimit)을 0.005%로 설정하면, 검출을 위한 최저 클럭은 다음과 같다.
Mclk = 4000 * 1/0.005 * 100 = 80MHz
그러나, 디지털의 에지 앞뒤 오차를 고려하면 최저 주파수 대비 2배의 주파수를 이용해야 하는바, 160MHz 이상의 메인 클럭의 사용이 요구된다.
다음은 속도 지령치 입력(모터 인가 전압)에 대해서 검토한다. 디지털 제어시에 통상적으로 디지털 PWM 발생 방식을 이용한다. 디지털 PWM 발생 방식은 메인 클럭의 클럭 카운터를 이용하여 주기와 듀티를 설정하는 것으로 일반적인 20KHz 내지 100KHz 대역이 모터 제어시에 이용된다.
한편, Polygon BLDC 모터에 사용하는 PWM 주파수의 결정을 위해서는 모터 상전압의 스위칭 주파수에 대한 고려가 필요하다. 120도 여자 방식의 경우엔 상전압 스위칭 주파수는 약 10KHz가 되는바, PWM 주파수는 최소 스위칭 주파수 대비 10배 이상을 사용하는 것이 제어에 있어서 유리하다.
그리고, PWM 주파수가 못지 않게 중요한 것이 PWM 주파수를 결정하는데 사용되는 클럭의 카운터 수이다. 클럭의 카운터 수는 메인 클럭의 주파수와 PWM 주파수에 의해 결정된다. 일반적으로 모터 구동에 이용되는 PWM 사양을 이용해서 속도 지령치 전압의 해상도는 다음과 같다.
Vdc=24V, MCLK=50MHz, PWM Frequecy=20KHz ===> PWM Period = 50MHz / 20KHz = 2500
속도 지령치 전압 해상도 = 24* (1/2500) = 0.0096 [V]
즉, 상술한 바와 같은 조건을 만족시키기 위하여, 모터에 인가되는 전압의 최소 단계는 0.0096V이다.
그러나, Polygon BLDC 모터의 경우, 통상적인 구동 시스템보다 전압에 민감하게 반응하는바, Polygon BLDC 제어를 위한 속도 지령치 전압 해상도는 BLDC 모터에 따라 다르겠지만 최소 0.002V 의 입력전압 해상도를 가져야 한다. 즉, 24V 전압을 사용한다면 PWM 주기의 클럭 카운터는 12000 이상이 되어야 하고, 이때 PWM 주파수를 100KHz를 사용한다면 PWM 주파수를 생성하기 위한 메인 클럭의 주파수는 1200MHz가 되어야 한다.
결론적으로 Polygon BLDC 모터를 제어하는 경우, 센서부(220)의 샘플링 주파수를 160MHz 이상, PWM 생성부(250)에서 생성되는 PWM 주파수는 100KHz 이상, 모터 전압 지령치의 PWM 1 듀티의 해상도는 0.0002V 이하의 해상도를 갖도록 모터 제어 장치(200)를 설계하여야 할 것이다.
한편, Polygon BLDC 모터를 디지털 PLL 제어 방식으로 제어하기 위해서는 상술한 바와 같이 높은 리소스가 요구된다. 따라서, 도 13에 도시된 바와 같이 아날로그 제어기(202)와 디지털 제어기(201)를 함께 이용하여 모터 제어 장치(200')를 구현할 수도 있다.
도 13을 참고하면, 모터 제어 장치(200')는 통신 인터페이스부(210), 센서부(220), 디지털 제어부(201), 아날로그 제어부(202), 스위칭부(258), 구동 제어부(260) 및 구동 신호부(270)를 포함한다.
통신 인터페이스부(210), 센서부(220), 구동 제어부(260) 및 구동 신호부(270)의 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 구성과 동일한 동작을 수행하는바, 구체적인 설명은 생략한다.
아날로그 제어부(202)는 수신된 디지털 제어 명령 및 감지된 구동 정보에 기초하여 구동 신호부의 동작을 아날로그 방식으로 제어한다. 구체적으로, 아날로그 제어부(202)는 아날로그 에러 검출부(235), 아날로그 PLL(245) 및 아날로그 PWM 생성부(255)로 구성될 수 있다.
아날로그 에러 검출부(235)는 수신된 디지털 제어 명령 중 속도 지령값과 감지된 구동 속도를 아날로그 방식으로 비교하여 아날로그 에러값을 생성할 수 있다.
아날로그 PLL(245) 및 아날로그 PWM 생성부(255)는 종래의 PLL 제어 방식을 이용하여 아날로그 에러 검출부(235)에서 생성된 아날로그 에러값에 이용하여 BLDC 모터 제어를 위한 PWM 신호를 생성할 수 있다. 아날로그 PWM 생성부(255)는 삼각파를 이용하여 PWM 신호를 생성하는바, 듀티 해상도에 대한 제한은 없다.
스위칭부(258)는 구동 제어부(260) 및 구동 신호부(270)와 디지털 제어부(201) 또는 아날로그 제어부(202)의 연결 상태를 스위칭한다. 구체적으로, 스위칭부(258)는 통신 인터페이스부(210)로부터 수신된 디지털 제어 명령에 따라 구동 제어부(260) 및 구동 신호부(270)와 디지털 제어부(201) 또는 아날로그 제어부(202)의 연결 상태를 스위칭할 수 있다. 예를 들어, 모터 제어 장치(200')에 연결된 BLDC 모터가 Polygon BLDC 모터인 경우, 스위칭부(258)는 아날로그 제어부(202)를 통하여 BLDC 모터가 제어되도록 아날로그 제어부(202)와 구동 제어부(260)를 전기적으로 연결할 수 있다. 반면에 모터 제어 장치(200')에 연결된 BLDC 모터가 Fuser 모터 또는 OPC BLDC 모터인 경우, 스위칭부(258)는 디지털 제어부(201)를 통하여 BLDC 모터가 제어되도록 디지털 제어부(201)와 구동 제어부(260)를 전기적으로 연결할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상형성장치를 나타내는 도면이다.
도 14를 참고하면, 화상형성장치(1000')는 엔진 제어부(110), 엔진부(120), 복수의 BLDC 모터(130-1, 130-2, 130-3, 130-4) 및 모터 제어 장치(200')를 포함한다.
엔진 제어부(110) 및 엔진부(120), BLDC 모터(130)의 구조 및 동작은 도 1에서 설명한 바와 동일한바 중복 설명은 생략한다.
모터 제어 장치(200')는 복수의 BLDC 모터를 제어한다. 구체적으로, 모터 제어 장치(200')는 하나의 ASIC 칩 내에 구비되는 통신 인터페이스부(210), 복수의 센서부, 복수의 디지털 제어부, 복수의 구동 신호부를 포함할 수 있다.
모터 제어 장치(200') 내에 구비되는 센서부, 디지털 제어부, 구동 신호부의 구조 및 동작은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 동일한바 중복 설명은 생략한다.
통신 인터페이스부(210)는 복수의 디지털 제어부(201) 중 수신된 디지털 제어 명령에 대응되는 디지털 제어부(201)에 수신된 디지털 제어 명령을 전달한다. 구체적으로, 통신 인터페이스부(210)는 수신된 디지털 제어 명령이 어떠한 채널에 대한 제어 명령인지를 판단한 후, 판단된 채널에 해당 디지털 제어 명령을 전달할 수 있다.
본 실시 예에서는 모터 제어부(200')가 동일한 4개의 BLDC 모터를 제어하는 형태에 대해서만 도시하였지만, 모터 제어부(200') 내의 디지털 제어부 중 몇 개는 DC 모터를 제어할 수 있다.
도 15는 본 실시예에 따른 모터 제어 장치를 이용하여 DC 모터를 제어하는 경우의 연결 설정 방식을 도시한 도면이다.
모터 회전 정보 취득을 위해서 엔코더를 사용하는 경우, 엔코더의 신호를 모터의 속도 정보(FG 신호)로 이용할 수 있다. 그리고, 단상 DC 모터에서는 출력 상의 위치가 고정되어 있어야 하는바, 홀 입력을 특정 상태로 고정할 수 있다. 예를 들어, CCW 방향으로 동작하여야 하는 경우, HA, HB, HC에 대한 홀 신호를 1 0 1로 설정할 수 있으며, CW 방향으로 동작하여야 하는 경우, HA, HB, HC에 대한 홀 신호를 0 1 0으로 설정할 수 있다.
구체적으로, HA, HB, HC 의 입력단을 1, 0, 1 로 고정하면 도 12의 테이블에 따라 VH와 UL 단의 출력이 나오게 되고 VH와 UL 에 연결된 트랜지스터(FET)가 턴 온 되면서 DC 모터에 전류가 흘러 모터가 회전하게 된다. 한편, DC 모터에 대해서는 H 브릿지 형태의 스위칭 소자(140')를 이용하여 제어할 수 있다.
한편, 회전 속도 제어를 위한 전압 지령치는 상기에서 언급한 PLL 제어기의 지령치에 의한 UL 단의 PWM 듀티 변화로 제어된다.
반면에, 회전 방향의 변경을 위하여 HA, HB, HC 의 입력단을 0, 1, 0 로 고정하면 도 12에 도시된 테이블에 따라 UH와 VL 단의 출력이 나오게 되고 UH와 VL 에 연결된 트랜지스터(FET)가 턴-온되면서 DC 모터에 전류가 흘러 반대 방향으로 회전하게 된다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 16을 참조하면, BLDC(Brushless DC) 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하면(S1610), 수신된 디지털 제어 명령에서 제어 신호를 독출할 수 있다. 구체적으로, 두 개의 장치 간의 직렬 통신으로 데이터를 교환할 수 있게 해주는 인터페이스인 SPI(Serial Peripheral Interface), 및 양방향 직렬 버스인 I2C 등의 시리얼 통신 인터페이스를 통해 디지털 제어 명령을 수신하면, 디지털 제어 명령에서 BLDC 모터에 대한 각종 제어 신호를 독출할 수 있다. 여기서, 제어 신호는 BLDC 모터에 대한 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전 방향, 속도 지령값, 브레이크 작동, 락 타임, 디지털 게인값 등과 같은 정보이다.
그리고, BLDC 모터의 구동 정보를 감지한다(S1620). 구체적으로, BLDC 모터의 전기각 정보 및 BLDC 모터의 회전 속도 정보를 감지할 수 있다.
그리고, 수신된 디지털 제어 명령과 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출한다(S1630). 구체적으로, BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값 및/또는 위상 에러값을 산출할 수 있다. 주파수 에러값 및 위상 에러값을 산출하는 구체적인 동작은 도 4 및 도 5와 관련하여 앞서 설명하였는바, 중복 설명은 생략한다.
그리고, 산출된 디지털 에러값 및 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산한다(S1640). 구체적으로, 산출된 주파수 에러값 및 위상 에러값과 디지털 게인값을 이용하여 BLDC 모터에 대한 PWM 듀티비(또는 지령 전압)를 연산할 수 있다.
그리고, 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성한다(S1650). 그리고, 생성된 PWM 신호에 기초하여 BLDC 모터의 구동 신호를 생성한다(S1660). 구체적으로, 생성된 PWM 신호 및 감지된 구동 정보에 기초하여 구동 신호를 생성할 수 있다.
이상과 같은 단계(S1610 내지 S1660)는 하나의 ASIC 칩 내에서 수행될 수 있다. 하나의 ASIC 칩 내에서, 4개 또는 그 이상의 채널의 출력을 제어하는 것이 가능하므로, Mono LBP 뿐만 아니라 Tandem 방식의 C-LBP에 대해서도 하나의 ASIC 칩을 이용하여 제어를 수행할 수 있게 된다. 도 16과 같은 모터 제어 방법은 도 2 또는 도 3의 구성을 가지는 모터 제어 장치상에서 실행될 수 있으며, 그 밖의 다른 구성을 가지는 모터 제어 장치상에서도 실행될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
1000: 화상형성장치 110: 엔진 제어부
120: 엔진부 130: BLDC 모터
140: 스위칭 소자부 200: 모터 제어부

Claims (20)

  1. 화상형성장치에 있어서,
    화상 형성 잡 수행에 사용되는 엔진부;
    상기 엔진부의 동작을 제어하는 엔진 제어부;
    상기 엔진부를 기동시키는 BLDC(Brushless DC) 모터;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부;
    상기 엔진 제어부로부터 상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부;
    상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부;
    상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부; 및
    상기 수신된 디지털 제어 명령을 저장하는 레지스터;를 포함하는 화상형성장치.
  2. 모터 제어 장치에 있어서,
    BLDC(Brushless DC) 모터;
    상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부;
    상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부;
    상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부; 및
    상기 수신된 디지털 제어 명령을 저장하는 레지스터;를 포함하는 모터 제어 장치.
  3. 모터 제어 장치에 있어서,
    BLDC(Brushless DC) 모터;
    상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부;
    상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부; 및
    상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부;를 포함하고,
    상기 디지털 제어부는,
    상기 수신된 디지털 제어 명령과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 에러 검출부;
    상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 연산부; 및
    상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 PWM 생성부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에러 검출부는,
    상기 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 주파수 에러값을 산출하는 주파수 에러 검출부; 및
    상기 BLDC 모터에 대한 속도 지령값과 상기 BLDC 모터의 속도 정보를 비교하여 위상 에러값을 산출하는 위상 에러 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 산출된 주파수 에러값 및 상기 산출된 위상 에러값과 이에 대응되는 디지털 게인값에 대한 시프트(Shift) 연산을 수행함으로써 PWM 듀티비를 연산하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 BLDC 모터에 부착된 홀 센서로부터 전기각 정보를 수신하는 전기각 감지부; 및
    상기 BLDC 모터의 속도 정보를 주파수 형태로 수신하는 속도 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 디지털 제어부는,
    상기 속도 감지부의 속도 정보를 이용하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 수신된 전기각 정보를 이용하여 상기 BLDC 모터에 대한 속도 정보를 생성하는 타코 생성부;를 더 포함하며,
    상기 디지털 제어부는,
    상기 타코 생성부의 속도 정보를 이용하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  9. 모터 제어 장치에 있어서,
    BLDC(Brushless DC) 모터;
    상기 BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 통신 인터페이스부;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 센서부;
    상기 BLDC 모터를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 구동 신호부; 및
    상기 수신된 디지털 제어 명령, 상기 감지된 구동 정보 및 상기 BLDC 모터에 대한 제어 인자인 디지털 게인값에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 디지털 PLL 방식으로 제어하는 디지털 제어부;를 포함하고,
    상기 수신된 디지털 제어 명령 및 상기 감지된 구동 정보에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 아날로그 방식으로 제어하는 아날로그 제어부; 및
    상기 구동 신호부와 상기 디지털 제어부 또는 상기 아날로그 제어부의 연결 상태를 스위칭하는 스위칭부;를 더 포함하는 모터 제어 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스부는, SPI(Serial Peripheral Interface) 및 I2C 중 어느 하나의 방식으로 상기 디지털 제어 명령을 수신하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 디지털 제어 명령은,
    BLDC 모터에 대한 회전 개시/정지, 가속/감속, 회전방향, 속도 지령값, 브레이크 작동, 락 타임(lock time), 디지털 게인값 중 적어도 하나의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  12. 삭제
  13. 제2항에 있어서,
    상기 수신된 디지털 제어 명령 중 락 타임(lock time)에 기초하여 상기 구동 신호부의 동작을 중단시키는 락 보호부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  14. 제2항에 있어서,
    DC 모터;를 더 포함하고,
    상기 디지털 제어부는, 상기 BLDC 모터를 제어하면서, 상기 DC 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 BLDC 모터는 복수개 구비되며,
    상기 센서부, 상기 디지털 제어부 및 상기 구동 신호부는 상기 BLDC 모터 각각에 대응되도록 복수개 구비되며,
    상기 통신 인터페이스부는, 복수의 디지털 제어부 중 상기 수신된 디지털 제어 명령에 대응되는 디지털 제어부에 상기 수신된 디지털 제어 명령을 전달하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  16. 제2항에 있어서,
    상기 BLDC 모터는 OPC 모터, Fuser 모터 및 Polygon 모터 중 하나인 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  17. 제2항 내지 제16항 중 한 항에 있어서,
    상기 통신 인터페이스부 및 상기 디지털 제어부는 하나의 칩으로 구현되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 장치.
  18. BLDC(Brushless DC) 모터의 모터 제어 방법에 있어서,
    BLDC 모터에 대한 디지털 제어 명령을 수신하는 단계;
    상기 수신된 디지털 제어 명령을 저장하는 단계;
    상기 BLDC 모터의 구동 정보를 감지하는 단계;
    상기 저장된 디지털 제어 명령과 상기 감지된 구동 정보를 비교하여 디지털 에러값을 산출하는 단계;
    상기 산출된 디지털 에러값 및 상기 디지털 게인값을 이용하여 상기 BLDC 모터의 PWM 듀티비를 연산하는 단계;
    상기 연산된 PWM 듀티비에 기초하여 상기 BLDC 모터에 대한 PWM 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 생성된 PWM 신호에 기초하여 상기 BLDC 모터의 구동 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 모터 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 구동 정보는, 상기 BLDC 모터의 전기각 정보 및 상기 BLDC 모터의 회전 속도 정보 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 구동 신호를 생성하는 단계는,
    상기 BLDC 모터에 대한 구동 신호를 생성하면서, 스텝 모터 및 DC 모터 중 적어도 하나에 대한 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 방법.
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