MoonWalker Series Motor Controllers User’s Manual 02. 전원 및 모터 연결

MoonWalker Series

Motor Controllers

User’s Manual

MW-MDC24D100S / MW-MDC24D100D

MW-MDC24D200S / MW-MDC24D200D

MW-MDC24D500S / MW-MDC24D500D

 ※ 사용자 매뉴얼에 포함된 정보는 정확하고 신뢰성이 있는 내용입니다. 그러나 출판 당시 발견되지 않은 오류가 있을 수 있으니 사용자는 자신의 제품 검증을 수행하시기 바라며, 전적으로 사용자 매뉴얼에 포함된 정보에 의존하지 마시기 바랍니다.

2. 전원 및 모터 연결

이 장에서는 제어기에 전원(Power Source, 배터리 또는 파워서플라이)과 모터를 연결하는 방법에 대해 설명합니다. 매뉴얼에서는 전원과 모터의 상세한 배선도, 커넥터 핀 배치도 정보를 제공하지 않습니다. 세부적인 내용은 해당 제어기의 데이터시트를 참조하십시오.

2.1 제어기의 연결 단자 설명

전원과 모터는 스크류 터미널 블록(Screw terminal block)이나 전선을 통해 제어기에 연결됩니다. 다음 그림 2 은 싱글 채널과 듀얼 채널 제어기의 연결 단자를 보여줍니다.

그림 2 싱글 채널과 듀얼 채널 제어기 연결 단자

제어기에 전원을 공급하는 단자는 케이스에 B+와 B-로 표시되어 있습니다. 배터리의 양극(Battery +)을 제어기의 B+ 단자(적색 전선)에 배터리의 음극(Battery -)을 제어기의 B- 단자(흑색 전선)에 연결합니다. 모터를 연결하는 단자는 M+와 M-로 표시되어 있습니다. 듀얼 채널 제어기의 경우 M1과 M2로 나뉘어 있습니다. 모터의 양극(Motor +) 단자를 제어기의 M1+(또는 M2+, 흰색 전선)에 모터의 음극(Motor -) 단자를 제어기의 M1-(또는 M2-, 청색 전선)에 연결합니다.

※주의※
제어기는 높은 전력을 사용하는 전자 제품(장치)입니다. 전원의 극성을 잘못 연결하거나 잘못된 주변 회로 설계로 인해 제어기 및 주변 회로에 심각한 손상이나 화재가 발생할 수 있습니다. 특히 배선 오류로 인한 문제는 매우 심각한 결과를 초래할 수 있으며 제품 보증이 적용되지 않습니다. 따라서 사용자께서는 본 장을 숙지하신 후 구매한 제품을 사용하시기 바랍니다.

2.1.1듀얼 채널의 동기화 구동

제어기 모델 중 MW-MDC24D500S는 MW-MDC24D500D와 외형이 같습니다. 하지만 MW-MDC24D500S 모델은 싱글 채널 제어기로 단일 부하를 두 배의 전력으로 구동할 수 있습니다. 다음 그림 2 와 같이 M1+ 와 M2+ 단자의 출력을 묶어서 Motor +에 연결하고 M1-와 M2- 단자의 출력을 묶어서 Motor – 단자에 연결합니다.

그림 2 싱글 채널 제어기의 동기 연결

모터로의 출력은 듀얼 채널이지만 싱글 채널 제어기인 경우, 각 채널의 출력은 서로 일치해야 합니다. 이러한 방식으로 동작하려면, 제어기의 각 채널을 스위칭 하는 MOSFET 소자가 완벽하게 동기화되어야 합니다. 만일 두 채널이 동기화되지 않았다면, 한 채널의 전류가 다른 채널로 흘러 들어가 제어기를 파괴하게 됩니다.

MW-MDC24D500S와 같은 싱글 채널 버전의 제어기는 두 채널이 동기화되어 스위칭 되도록 제어기 내부의 하드웨어가 구성되어 있으며 1번 채널의 모터에만 구동 명령을 내릴 수 있습니다.

※주의※
모터의 구동 전력을 두 배로 증폭하기 위해, MW-MDC24D500S 이외의 듀얼 채널 제어기를 절대로 그림 2-2와 같이 연결하면 안됩니다. MW-MDC24D500S 모델만 제어기 내부에 두 채널이 동기화되어 스위칭 되도록 설계되어 있습니다.

2.2 전원 연결

이 절은 제어기와 전원을 보호하기 위한 회로 설계와 배선 방법 그리고 안전하게 전원을 ON/OFF 하는 방법에 대해 설명합니다.

그림 2 제어기 및 전원 보호 회로 구성

그림 2 제어기제어기 및 전원 보호 회로 구성에서 실선으로 표시된 연결은 필수사항이고 점선으로 표시된 연결은 권장사항입니다. I/O 커넥터는 제어기 모델에 따라 D-Sub과 SMH200 커넥터로 구분됩니다. 제어기의 데이터시트를 참조하기 바랍니다.

※주의※
그림 2 은 제어기를 사용하기 위한 기본적인 전원 연결에 대한 회로도 입니다. 이는 단순한 참조 예시일 뿐이며, 사용자는 제품을 사용할 환경에 맞게 보호 회로를 설계하여야 합니다. 다시 한번 강조하자면, 그림 2 와 같은 보호 회로 구성이 모든 환경에 대해 정상적으로 대응 또는 동작하는 것은 아닙니다. 사용자의 환경에 맞게 회로를 구성하기 바랍니다. 사용자의 잘못된 연결로 인한 제어기의 손상 및 파손은 제품 보증이 적용되지 않습니다.

2.2.1 I/O 커넥터 그라운드 처리

D-Sub 또는 SMH200 커넥터의 입출력 핀에 스위치 또는 액츄에이터를 연결하는 경우, 커넥터GND와 전원의 음극(-)을 연결하면 안됩니다. 만약 연결되어 있다면 모터 구동에 의한 노이즈가 I/O 포트의 신호를 교란하고 I/O 커넥터에 연결된 장치로 흘러 들어 갈 수 있습니다. 극단적으로는 연결된 장치를 파손 또는 손상시킬 수 있습니다.

※주의※
사용자는 반드시 D-Sub 또는 SMH200 커넥터의 GND와 전원의 음극(-)을 분리해야 합니다. 그리고 주변회로 설계에서 숨은 연결을 찾아 제거해야 합니다. 또한, 전원의 음극을 통해 스위치나 센서 같은 소자들이 I/O 커넥터에 연결되지 않도록 주의해야 합니다.

2.2.2퓨즈와 다이오드 삽입

퓨즈는 주로 과전압과 과전류로 인한 전원 배선 및 배터리의 손상을 보호합니다. 손상을 방지하기 위해 안전 조치로 ATO 또는 MAXI 시리즈보다 높은 전류의 퓨즈(Fuse) 사용을 권장합니다. 퓨즈를 선정할 때는 안전을 위해 제어기에 연결된 모터의 용량 합에서 80~90% 사이의 용량을 선택하는 것을 권장합니다.

참고로 40A 이상의 퓨즈는 일반적으로 끊어지는 속도가 느리기 때문에 제어기를 보호하는데 한계가 있습니다. 퓨즈가 끊어진 경우에도 배터리로의 반환 경로를 보장하기 위해서 고전류 다이오드를 퓨즈와 병렬로 연결해야 합니다.

※주의※
일반적으로 퓨즈를 전원에 연결하면 제품을 안전하게 보호할 수 있다고 생각합니다. 하지만 이는 잘못된 생각입니다. 퓨즈는 일반적으로 탈 때까지 약간의 시간이 걸리기 때문에 일시적으로 퓨즈를 통해 높은 전류가 흐를 수 있습니다. 이러한 경우, 모터(구동 제품)의 가속이나 동작 시 일시적으로 높은 전류를 끌어다 쓸 수 있는 장점도 있지만, 반대로 퓨즈가 제어기를 제대로 보호하지 못하기도 합니다.

2.2.3 전원 스위치 및 비상 정비 버튼의 사용

파워서플라이와 같이 전원 스위치가 없는 배터리를 전원으로 사용할 때는, 그림 2 에서와 같이 제어기의 전원을 ON/OFF 할 수 있는 전원 스위치의 연결을 권장합니다. 또는 비상시 전원을 차단하기 위한 비상 정지 스위치(Emergency Disconnect Switch)의 연결을 권장합니다.

그림 2 비상 정지 버튼

전원 스위치나 비상 정지 스위치 양단에는 1KΩ, 0.5W 저항을 연결하기를 권장합니다. 이 저항은 스위치가 켜질 때 스위치 내부에서 발생하는 전기적 아크(electric arc)를 방지하는 역할을 합니다.

※주의※
모터가 고속으로 회전하는 동안에는 전원 스위치를 ON/OFF하지 마십시오. 제어기가 손상될 수도 있습니다.

2.3 모터 연결

제어기 모델에 따라 최대 두 개의 모터를 연결할 수 있습니다. 모터는 제어기의 M+와 M- 단자(듀얼 채널 제어기인 경우는 M1+와 M1- 그리고 M2+와 M2- 단자)에 연결합니다. 모터를 연결한 후에는 Motor Control UI 유틸리티를 사용해서 최소한의 전압을 인가해 봅니다. 이때 모터가 원하는 방향으로 회전하는지 확인합니다. 만약, 모터가 반대로 회전할 경우에는 구동을 정지하고 모터의 양(Motor +)극과 음(Motor -)극 단자를 교차하여 연결합니다.

※주의※
모터의 극성이 반대로 연결되면 모터가 역방향으로 회전하게 됩니다. 이런 상황에서 폐루프 위치 또는 속도 제어기가 동작하면 모터는 전원을 끌 때까지 최고속도로 회전하며 제어가 불가능한 상황이 됩니다.

※주의※
제어기보다 높은 정격 전류의 모터를 사용하지 마십시오.

2.3.1 전선 길이 제한

제어기는 모터에 공급되는 전력을 높은 주파수로 ON/OFF 스위칭하여 조절합니다. 이러한 주파수는 전선의 인덕턴스 성분에 의해 의도치 않는 기생 RF 방출(Parasitic RF emission), 진동(Ringing), 과전압 피크(Overvoltage peak) 등을 만들어 냅니다. 만일 전선이 길어지면 전선의 인덕턴스가 높아지고 더 많은 노이즈를 만들어냅니다. 따라서 제어기와 모터를 연결하는 전선은 최대한 짧게 배선하는 것이 좋습니다.

2.4 전원 및 모터 연결 시 주의사항

2.4.1회생 전류에 의한 손상

모터에 가해지는 전압에서의 속도보다 더 빨리 회전하거나(내리막길에서 구동), 감속하는 경우에는 모터는 발전기 역할을 합니다. 이때 회생 전류가 전원으로 역류해서 제품의 손상을 가져올 수 있습니다.

따라서 제어기의 전원으로는 회생 전류를 다시 저장할 수 있는 충전 가능한 배터리 사용을 권장합니다. 만약 배터리가 아닌 파워서플라이를 사용할 경우 회생 전류는 파워서플라이로 역류하여 전원공급회로에 손상을 줄 수 있기 때문에 사용에 주의해야 합니다.

 2.4.2파워서플라이 사용시 주의사항

스위칭 방식의 파워서플라이(Switching power supply)를 사용할 경우, 모터에서 발전되는 전력에 의해 전원으로 전류가 역류해서 손상을 일으킬 수 있기 때문에 주의해야 하며, 다음과 같은 보호 단계들이 고려되어야 합니다:

2출력 전압보다 높은 전압이 역으로 가해질 때에도 파손되지 않는 전원공급장치를 사용해야 합니다.

3전원공급장치와 병렬로 저항성 부하(Load Resistor)를 설치하고 모터에서 발전되는 전력에 따라 부하를 켜고 끌 수 있는 회로를 설계합니다(아래 그림 2 참조).

그림 2 Shunt load 회로

4전원공급장치의 출력과 병렬로 배터리를 연결합니다. 배터리는 회생 전류를 담을 수 있는 저수조 역할을 합니다. 배터리를 처음 연결할 때는 완전히 충전된 배터리를 사용해야 하며, 전원공급장치로 전류의 역류를 방지하기 위해 출력 단에 디커플링 다이오드를 연결합니다 (아래 그림 2 참조).

그림 2 파워서플라이와 배터리 병렬 연결

5.1.1배터리 충전시 주의사항

충전식 배터리를 사용할 경우 그림 2 와 같이 제어기 및 전원 보호 회로를 설계한 후, 전원 스위치를 끈 상태에서 배터리를 충전해야 합니다. 만약 제어기와 연결된 상태에서 충전할 경우, 제어기 및 주변 회로에 배터리 전압 이상의 전압이 인가될 수 있습니다.

5.1.2전기 노이즈 감소 방법

전기적 노이즈를 감소시키기 위해 제어기 내에 여러 회로들이 설계되어 있지만, 제어기를 모터와 전원에 연결하여 사용할 때는 노이즈를 저감하기 위한 추가적인 작업이 필요합니다. 다음은 전기적 노이즈를 감소시키는 방법들 입니다.

·  전선은 가능한 짧게
·  전선을 페라이트 코어에 감기
·  모터 단자에 스너버(Snubber) RC 회로 추가
·  제어기와 전선,배터리를 외부와 접촉이 없는 금속 프레임에 설치