KR200276699Y1 - Circuits for driving direct current motor without transformer - Google Patents

Abstract

본 고안은 트랜스리스 직류모터 구동회로에 관한 것으로 특히, 회로는 상용교류가 인가되는 제 1 및 제 2 교류라인들과, 제 1 교류라인에 연결되고, 위상각 제어신호에 응답하여 교류신호의 위상각을 스위칭하는 스위칭회로부와, 스위칭회로부의 출력단과 제 2 교류라인 사이에 연결되어 위상각 제어된 교류신호를 정류하여 정류신호를 출력하는 정류회로부와, 제 1 및 제 2 교류라인들 사이에 연결되고, 직류동작전압을 발생하는 직류전원부와, 제 2 교류라인에 연결되고, 교류의 제로 크로싱을 검출하여 검출신호를 발생하는 제로 크로싱 검출부와, 직류 모터의 속도를 설정하기 위한 속도 설정부와, 직류동작전압을 공급받고, 속도 설정부의 설정값과 검출신호에 응답하여 속도 설정값에 대응하는 위상각 제어신호를 스위칭회로부에 공급하는 제어부를 포함한다.The present invention relates to a transless DC motor driving circuit, and in particular, the circuit is connected to the first and second AC lines to which commercial exchange is applied and the first AC line, and the phase of the AC signal in response to the phase angle control signal. A switching circuit unit for switching an angle, a rectifying circuit unit connected between an output terminal of the switching circuit unit and a second AC line to rectify a phase angle controlled AC signal and outputting a rectified signal, and connected between the first and second AC lines A DC power supply unit for generating a DC operating voltage, a zero crossing detection unit connected to a second AC line and detecting a zero crossing of AC and generating a detection signal, a speed setting unit for setting a speed of the DC motor, A control unit which receives a DC operating voltage and supplies a phase angle control signal corresponding to the speed setting value to the switching circuit in response to the setting value and the detection signal of the speed setting unit. Include.

따라서, 본 고안의 회로는 트랜스 없이 매우 간단한 회로구성으로 상용교류로부터 직류모터를 직접 구동할 수 있다.Therefore, the circuit of the present invention can directly drive a DC motor from a commercial AC with a very simple circuit configuration without a transformer.

Description

트랜스리스 직류 모터 구동회로{Circuits for driving direct current motor without transformer}Circuits for driving direct current motor without transformer}

본 고안은 트랜스리스 직류 모터 구동회로에 관한 것으로서, 특히 트랜스 없이 상용교류로부터 직류 모터를 구동할 수 있는 직류 모터 구동회로에 관한 것이다.The present invention relates to a transless DC motor driving circuit, and more particularly, to a DC motor driving circuit capable of driving a DC motor from a commercial exchange without a transformer.

최근 전자제품의 소형화 추세에 따라 사이즈가 큰 교류모터보다는 사이즈가작은 직류 모터를 채용하는 추세이다. 또한, 반도체 기술의 발달로 전자제품의 제어기술이 마이크로 컴퓨터를 사용한 전자화가 진행되어 감에 따라 디지털 제어회로와 전기적 결합이 용이한 직류 모터의 사용이 증가되고 있다.Recently, according to the trend of miniaturization of electronic products, DC motors having smaller sizes are being adopted rather than AC motors having large sizes. In addition, with the development of semiconductor technology, the electronic control technology of electronic products is progressing with the use of microcomputers, and thus the use of DC motors, which are easily coupled to digital control circuits, is increasing.

직류 모터는 그 구동전원으로 수 V 내지 수십 V의 비교적 낮은 직류전압을 사용하기 때문에 110V 내지 220V 이상의 높은 상용교류를 전원으로 사용하여 구동하고자 하는 경우에는 전원트랜스를 통하여 전압을 다운시킨 다음에 다운된 교류를 정류하여 얻게 된다.Since the DC motor uses a relatively low DC voltage of several V to several tens of V as its driving power, if it is intended to be driven by using a high commercial AC of 110 V to 220 V as the power source, the voltage is turned down through the power transformer. It is obtained by rectifying AC.

그러므로, 전원 트랜스의 채용으로 전력소모가 증가되고, 전자파 발생, 소음 등의 2차적인 문제뿐만 아니라 제품의 소형화가 곤란하였다.Therefore, the power consumption is increased by the adoption of the power transformer, and it is difficult to miniaturize the product as well as secondary problems such as electromagnetic wave generation and noise.

또한, 기존의 직류 모터의 구동회로들은 모터의 속도를 제어하기 위하여 교류전력을 위상각 제어방식으로 제어하거나 펄스폭 변조방식으로 모터에 가해지는 직류전압의 레벨을 제어하는 복잡한 구성을 가지고 있어서 전체적인 회로 구성이 복잡하고 사용되는 부품의 수가 늘어나 제품 단가가 상승하거나 소형화가 곤란하였다.In addition, the drive circuits of the existing DC motors have a complicated configuration to control the AC power by a phase angle control method or a pulse width modulation method to control the level of the DC voltage applied to the motor in order to control the speed of the motor. The complexity of the configuration and the number of parts used increased the price of the product and made it difficult to miniaturize it.

따라서, 본 고안의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 트랜스를 사용하지 않고 간단한 회로로 구성되어 상용교류로 직류 모터를 구동할 수 있고, 소형화 및 코스트 다운이 가능한 직류 모터 구동회로를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a DC motor driving circuit capable of driving a DC motor in a commercial alternating current, consisting of a simple circuit without using a transformer in order to solve the problems of the prior art. There is.

도 1은 본 고안에 의한 트랜스리스 직류 모터 구동회로의 바람직한 일 실시예의 회로도.1 is a circuit diagram of a preferred embodiment of a transless DC motor driving circuit according to the present invention.

도 2는 도 1의 각부 파형도.2 is a waveform diagram of each part of FIG. 1.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 상용교류 110 : 스위칭 회로부100: commercial exchange 110: switching circuit

120 : 정류회로부 130 : 직류전원부120: rectifier circuit 130: DC power supply

140 : 제로 크로싱 검출부 150 : 속도 설정부140: zero crossing detection unit 150: speed setting unit

160 : 제어부160: control unit

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 회로는 상용교류가 인가되는 제 1 및 제 2 교류라인들과, 제 1 교류라인에 연결되고, 위상각 제어신호에 응답하여 교류신호의 위상각을 스위칭하는 스위칭회로부와, 스위칭회로부의 출력단과 제 2 교류라인 사이에 연결되어 위상각 제어된 교류신호를 정류하여 정류신호를 출력하는 정류회로부와, 제 1 및 제 2 교류라인들 사이에 연결되고, 직류동작전압을 발생하는 직류전원부와, 제 2 교류라인에 연결되고, 교류의 제로 크로싱을 검출하여 검출신호를 발생하는 제로 크로싱 검출부와, 직류 모터의 속도를 설정하기 위한 속도 설정부와, 직류동작전압을 공급받고, 속도 설정부의 설정값과 검출신호에 응답하여 속도 설정값에 대응하는 위상각 제어신호를 스위칭회로부에 공급하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 한다.The circuit of the present invention for achieving the above object is a switching that is connected to the first and second alternating current line, and the first alternating current line to which commercial exchange is applied, and switching the phase angle of the alternating current signal in response to the phase angle control signal. A rectifier circuit unit connected between the circuit unit, the output terminal of the switching circuit unit and the second AC line to rectify the phase angle controlled AC signal and outputting a rectified signal, and connected between the first and second AC lines, and the DC operating voltage Supplying a DC power supply unit for generating a voltage, a zero crossing detection unit connected to a second AC line and detecting a zero crossing of AC and generating a detection signal, a speed setting unit for setting a speed of a DC motor, and a DC operating voltage And a control unit for supplying a phase angle control signal corresponding to the speed setting value to the switching circuit unit in response to the setting value and the detection signal of the speed setting unit. The.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 고안에 의한 트랜스리스 직류모터 구동회로의 바람직한 일 실시예의 회로 구성을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 고안의 회로는 상용교류(100)와 직류 모터(200) 사이에 연결된다. 회로는 스위칭회로부(110), 정류회로부(120), 직류전원부(130), 제로 크로싱 검출부(140), 속도설정부(150), 제어부(160), 라인 필터부(170)를 포함한다.1 shows a circuit configuration of a preferred embodiment of a transless DC motor driving circuit according to the present invention. Referring to FIG. 1, the circuit of the present invention is connected between a commercial AC 100 and a DC motor 200. The circuit includes a switching circuit unit 110, a rectifier circuit unit 120, a DC power supply unit 130, a zero crossing detection unit 140, a speed setting unit 150, a control unit 160, and a line filter unit 170.

스위칭회로부(110)는 제1교류라인(L1)과 정류회로부(120) 사이에 트라이악을 연결한다. 트라이악(T1)의 게이트에는 저항(R3)을 통하여 트랜지스터(Q1)의 콜렉터가 연결된다. 트랜지스터(Q1)의 에미터는 접지되고, 콜렉터는 저항(R2)을 통하여제1교류라인(L1)에 연결된다. 트랜지스터(Q1)의 베이스에는 저항(R4)을 통하여 제어부(160)로부터 위상각 제어신호가 제공된다.The switching circuit unit 110 connects the triac between the first alternating line L1 and the rectifying circuit unit 120. The collector of the transistor Q1 is connected to the gate of the triac T1 through a resistor R3. The emitter of transistor Q1 is grounded and the collector is connected to first alternating line L1 through resistor R2. The phase angle control signal is provided to the base of the transistor Q1 from the controller 160 through the resistor R4.

스위칭회로부(110)는 저항(R2) 및 저항(R3)을 통하여 트라이악(T)이 턴온되고, 위상각 제어신호에 의해 트랜지스터(Q1)가 턴온되면 트라이악(T)은 턴오프된다. 따라서, 상용교류신호의 매반주기마다 트랜지스터의 오프기간동안 트라이악(T)은 턴온상태를 유지하고, 트랜지스터의 온기간동안 트라이악(T)은 턴오프상태를 유지한다.In the switching circuit unit 110, the triac T is turned on through the resistor R2 and the resistor R3. When the transistor Q1 is turned on by the phase angle control signal, the triac T is turned off. Therefore, every half period of the commercial AC signal, the triac T is turned on during the off period of the transistor, and the triac T is turned off during the on period of the transistor.

정류회로부(120)는 브리지 다이오드 연결구조로 스위칭회로부(110)를 통과한 교류신호를 전파정류하고 전파정류된 신호를 직류 모터(200)에 공급한다. 정류회로부(120)의 출력 양단에는 기동 콘덴서(C6)가 연결된다.The rectifier circuit unit 120 has a bridge diode connection structure to full-wave rectify the AC signal passing through the switching circuit unit 110 and supplies the full-wave rectified signal to the DC motor 200. A start capacitor C6 is connected to both ends of the output of the rectifier circuit 120.

직류전원부(130)는 제1교류라인(L1)과 제2교류라인(L2) 사이에 제너다이오드(D2), 콘덴서(C4), 저항(R1)을 직렬로 연결한다. 제너다이오드(D2)와 콘덴서(C4)의공통 접점(N1)과 접지 사이에 다이오드(D3)를 연결하고, 제1교류라인(L1)과 접지사이에 전원 콘덴서(C5)를 연결한다.The DC power supply unit 130 connects the zener diode D2, the capacitor C4, and the resistor R1 in series between the first AC line L1 and the second AC line L2. A diode D3 is connected between the common contact N1 of the zener diode D2 and the capacitor C4 and ground, and a power capacitor C5 is connected between the first alternating line L1 and the ground.

직류전원부(130)의 제너다이오드(D2), 콘덴서(C4), 저항(R1)의 직렬연결에 교류의 +반주기동안의 전압이 인가되면, 제너다이오드(D2)에는 문턱전압, 예컨대 5.1V가 걸리고 나머지 대부분의 전압은 저항(R1) 및 캐패시터(C4)에 걸리게 된다.When a voltage for + half period of AC is applied to the series connection of the zener diode D2, the capacitor C4, and the resistor R1 of the DC power supply unit 130, the zener diode D2 receives a threshold voltage, for example, 5.1V. Most of the remaining voltage is applied to the resistor R1 and the capacitor C4.

따라서, 전원 콘덴서(C5) 및 다이오드(D3)를 통한 반파 정류회로의 동작에 의해 전원 콘덴서(C5)의 양단에는 약 5V의 직류전원전압(VDD)이 충전되게 된다. 문턱전압 5.1V 이상의 전압이 인가되면 제너다이드(D2)가 턴온되므로 전원콘덴서(C5)의 양단은 5.1V 이상의 충전되지 않는다.Accordingly, by the operation of the half-wave rectifier circuit through the power capacitor C5 and the diode D3, the DC power supply voltage VDD of about 5 V is charged at both ends of the power capacitor C5. When a voltage equal to or higher than a threshold voltage of 5.1V is applied, the Zener D2 is turned on so that both ends of the power supply capacitor C5 are not charged above 5.1V.

제로 크로싱 검출부(140)는 트랜지스터(Q2)의 베이스에 저항(R5)을 통하여 제2교류라인(L2)이 연결되고, 에미터는 접지되고, 콜렉터는 제어부(160)의 검출신호 입력단자(ZC)에 연결된다. 또한, 콜렉터는 저항(R7)을 통하여 제1교류라인(L1)에 연결된다. 베이스와 접지 사이에는 콘덴서(C7), 저항(R6), 제너다이오드(D4)가 병렬로 연결된다.The zero crossing detection unit 140 has a second alternating line L2 connected to the base of the transistor Q2 through a resistor R5, the emitter is grounded, and the collector is the detection signal input terminal ZC of the control unit 160. Is connected to. In addition, the collector is connected to the first alternating line L1 through a resistor R7. A capacitor C7, a resistor R6, and a zener diode D4 are connected in parallel between the base and the ground.

따라서, 제2교류라인(L2)에 -반주기가 공급될 때, 이 교류신호는 저항(R5, R6)에 인가되어 저항비에 따라 분압된다. 분압된 신호는 제너다이오드(D4)의 무턱전압에 의해 클램핑된다. 따라서, 트랜지스터(Q2)는 베이스에 제너다이오드(D4)에 의해 문턱전압으로 유지되는 동안은 턴온되어 그 콜렉터 출력이 제로전압으로 떨어지고 문턱전압미만에서는 그 콜렉터 출력이 직류전원전압인 5V를 유지한다.Therefore, when the negative half-cycle is supplied to the second alternating line L2, this AC signal is applied to the resistors R5 and R6 and divided in accordance with the resistance ratio. The divided signal is clamped by the threshold voltage of the zener diode D4. Accordingly, the transistor Q2 is turned on while the base is maintained at the threshold voltage by the zener diode D4 so that the collector output falls to zero voltage and the collector output maintains the DC power supply voltage of 5V below the threshold voltage.

즉, 교류신호의 -반주기동안은 제로상태, +반주기동안은 5V 상태를 유지하는 펄스신호(ZC)를 발생하게 된다.That is, the pulse signal ZC is maintained during the negative half cycle of the AC signal and in the 5 V state during the positive half cycle.

속도설정부(150)는 저항값에 따른 속도지령값을 발생한다.The speed setting unit 150 generates a speed command value according to the resistance value.

제어부(160)는 원칩 마이크로 컴퓨터 도는 마이크로 프로세서로 구성하거나 개별 소자들로 논리조합회로를 구성할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 도 2에 도시한 바와 같이, 속도설정부(150)에서 설정된 저항값에 대응하여 제어 위상각을 판단하고 제로 크로싱 검출신호의 상승 에지 및 하강 에지로부터 카운트하여 상기 설정된 저항값에 따라 펄스폭이 결정된 위상각 제어신호를 스위칭회로부(110)에 제공한다.The controller 160 may be configured as a one-chip microcomputer or a microprocessor or a logic combination circuit with individual elements. That is, as shown in FIG. 2, the controller 160 determines the control phase angle in response to the resistance value set by the speed setting unit 150, counts from the rising and falling edges of the zero crossing detection signal, and sets the resistance. The phase angle control signal having the pulse width determined according to the value is provided to the switching circuit unit 110.

따라서, 저속인 경우에는 트라이악의 도통각이 제로 크로싱으로부터 대략30% 정도로 제어되도록 듀티비가 70%인 위상각 제어신호를 출력한다.Therefore, at a low speed, the phase angle control signal having a duty ratio of 70% is output so that the conduction angle of the triac is controlled to about 30% from zero crossing.

중속인 경우에는 제로 크로싱으로부터 50%가 되도록 듀티비가 50%인 위상각 제어신호를 발생한다.In the case of medium speed, a phase angle control signal having a duty ratio of 50% is generated to be 50% from zero crossing.

고속인 경우에는 듀티비가 거의 0%인 위상각 제어신호를 발생한다.At high speeds, a phase angle control signal with a duty ratio of almost 0% is generated.

따라서, 제로 크로싱 검출신호의 상승 및 하강 에지에 동기하여 설정된 속도 지령에 따른 위상각 제어를 통하여 정류회로부에 공급되는 교류전력의 크기를 제어함으로써 직류 모터의 속도를 콘트롤한다. 즉 지류 모터의 속도는 전파 정류된 신호의 평균치에 대응하는 직류전압으로 구동되어 그 속도가 결정되게 된다.Accordingly, the speed of the DC motor is controlled by controlling the magnitude of the AC power supplied to the rectifying circuit portion through the phase angle control according to the speed command set in synchronization with the rising and falling edges of the zero crossing detection signal. In other words, the speed of the tributary motor is driven by a DC voltage corresponding to the average value of the full-wave rectified signal to determine the speed.

비록 본 고안의 구성요소들이 특정한 실시예와 관련되어 기술되었지만 본 고안은 수많은 다른 방법으로도 구현될 수 있다. 결론적으로, 설명하는 과정에서 묘사된 특정한 실시예는 절대로 한정적으로 해석되기를 의도한 것이 아니라는 것이다. 본 실시예의 구체적인 부분에 대한 참조는 본 고안의 필수 구성요소라고 간주되는 특징만을 기술하고 있는 청구범위의 보호영역을 한정하려는 의도가 아니다.Although the components of the present invention have been described in connection with specific embodiments, the present invention may be implemented in numerous other ways. In conclusion, the particular embodiments depicted in the description are not intended to be interpreted in a limiting sense. Reference to specific parts of this embodiment is not intended to limit the scope of protection of the claims, which describes only the features regarded as essential components of the present invention.

상술한 바와 같이, 본 고안에서는 트랜스 없이 직류모터를 상용교류로 구동할 수 있고, 별도의 정전압 집적회로 등을 사용하지 않고 간단한 소자들을 사용하여 직류동작전압을 얻으며, 제너다이오드를 사용하여 제로 크로싱 검출회로를 간단하게 구성할 수 있으므로 회로의 간단화로 소형제작이 가능하고 코스트를 다운시킬 수 있다.As described above, in the present invention, the DC motor can be driven in a commercial exchange without a transformer, and the DC operating voltage is obtained using simple elements without using a separate constant voltage integrated circuit, and the like, and zero crossing detection is performed using a zener diode. Since the circuit can be easily configured, the circuit can be simplified and can be manufactured compactly and the cost can be reduced.

Claims (3)

상용교류가 인가되는 제 1 및 제 2 교류라인들;First and second alternating current lines to which commercial exchange is applied; 상기 제 1 교류라인에 연결되고, 위상각 제어신호에 응답하여 교류신호의 위상각을 스위칭하는 스위칭회로부;A switching circuit unit connected to the first AC line and switching a phase angle of the AC signal in response to a phase angle control signal; 상기 스위칭회로부의 출력단과 상기 제 2 교류라인 사이에 연결되어 위상각 제어된 교류신호를 정류하여 정류신호를 출력하는 정류회로부;A rectifier circuit unit connected between an output terminal of the switching circuit unit and the second AC line to rectify a phase angle controlled AC signal to output a rectified signal; 상기 제 1 및 제 2 교류라인들 사이에 연결되고, 직류동작전압을 발생하는 직류전원부;A DC power supply unit connected between the first and second AC lines and generating a DC operating voltage; 상기 제 2 교류라인에 연결되고, 상기 교류의 제로 크로싱을 검출하여 검출신호를 발생하는 제로 크로싱 검출부;A zero crossing detector connected to the second AC line and detecting a zero crossing of the AC to generate a detection signal; 직류 모터의 속도를 설정하기 위한 속도 설정부; 및A speed setting unit for setting a speed of the DC motor; And 상기 직류동작전압을 공급받고, 상기 속도 설정부의 설정값과 상기 검출신호에 응답하여 상기 속도 설정값에 대응하는 위상각 제어신호를 상기 스위칭회로부에 공급하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 트랜스리스 직류 모터 구동회로.And a control unit configured to receive the DC operation voltage and supply a phase angle control signal corresponding to the speed setting value to the switching circuit unit in response to a setting value of the speed setting unit and the detection signal. Motor driving circuit. 제 1 항에 있어서, 상기 직류전원부는The method of claim 1, wherein the DC power supply unit 상기 제 1 및 제 2 교류라인 사이에 연결된 캐패시터;A capacitor connected between the first and second alternating current lines; 상기 캐패시터와 제 1 교류라인 사이에서 상기 캐패시터에 직렬로 연결된 제너 다이오드;A Zener diode connected in series with the capacitor between the capacitor and the first AC line; 상기 제너다이오드와 캐패시터의 공통 접점과 접지 사이에 연결된 다이오드; 및A diode connected between the common contact of the zener diode and the capacitor and ground; And 상기 제 1 교류라인과 상기 접지사이에 연결된 전원용 캐패시터를 구비한 것을 특징으로 하는 트랜스리스 직류모터 구동회로.And a power supply capacitor connected between the first AC line and the ground. 제 2 항에 있어서, 상기 제로 크로싱 검출부는The method of claim 2, wherein the zero crossing detection unit 콜렉터가 상기 제어부의 검출신호 입력단자에 연결되고, 에미터가 접지된 트랜지스터;A collector connected to the detection signal input terminal of the control unit and having an emitter grounded; 상기 트랜지스터의 게이트와 상기 제 2 교류라인 사이에 연결된 제1 저항;A first resistor connected between the gate of the transistor and the second AC line; 상기 트랜지스터의게이트와 접지 사이에 연결된 제 2 저항;A second resistor coupled between the gate of the transistor and ground; 상기 트랜지스터의 게이트와 접지 사이에 연결된 제너다이오드; 및A zener diode connected between the gate and the ground of the transistor; And 상기 제 1 교류라인과 상기 트랜지스터의 콜렉터 사이에 연결된 제 3 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 트랜스리스 직류모터 구동회로.And a third resistor connected between the first AC line and the collector of the transistor.