KR100282365B1 - 센서리스 비엘디씨(bldc) 모터의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 오픈루프 구간에서 실제의 역기전력 감지주기와 역기전력 감지주기의 평균치 간의 차이를 줄임으로써, 크로즈루프 구간에서 모터를 원활하게 제어하는 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 구동방법은 정지상태에서 모터 회전자를 최초 회전시키는 단계와, 최초 회전 후, 오픈루프 구간의 가속도양을 설정하는 단계와, 오픈루프 구간의 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계와, 상기 회전자를 가속 후, 가속도양을 증가시키고 증가된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계; 그리고, 상기 증가된 오픈루프 구간의 가속도양이 크로즈루프의 가속도양보다 작지 않은 경우, 가속도양을 감소시키고 감소된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계가 포함된 것이 특징이다.

Description

센서리스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터의 구동방법

본 발명은 센서리스 BLDC 모터에 관한 것으로, 특히 역기전력을 감지하는 방법과 장치에 관한 것이다.

일반적인 센서리스 BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조는 도 1에 나타낸 것과 같다.

전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 스위칭소자구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(50)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도면미도시)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도면미도시)가 회전하게 된다. 모터의 회전자가 회전함으로써 압축기(도면미도시)가 구동된다.

모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검지부(80)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이콤(60)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이콤(60)은 모터가 정확하게 동작되도록 스위칭소자구동부(40)를 제어한다. 또, 마이콤(60)은 스위칭소자(50)로부터 전류를 검지하는 과전류검지부(70)로부터 모터에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(20)의 전압을 검지하는 전압검지부(30)로부터 마이콤에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다.

센서리스 BLDC모터의 구동에서 회전자의 위치는 역기전력 검지부(80)에서 검출된 역기전력을 이용하여 검출한다. 이 역기전력은 회전자의 회전속도에 관련있는 함수로서, 정지 또는, 저속회전 시의 역기전력을 역기전력 검지부(80)가 검출하는 것은 불가능하다. 따라서, 일반적인 센서리스 BLDC모터의 구동회로는 역기전력 검지부가 역기전력을 안정적으로 검지할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 임의로 회전시킨다.

BLDC 모터는 도 2에 나타낸 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 모터는 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 구동된다. 하이(High Phase) 전압은 코일에 정전압이 인가되는 것이고, 로(Low Phase) 전압은 코일에 부전압이 인가되는 것이며, 오픈(Open Phase) 전압은 코일에 전압이 차단되는 것이다.

이 때, 모터의 회전시 각 코일에는 역기전력이 발생한다. 모터를 제어하는 마이컴은 도 3에 나타낸 것과 같이 역기전력이 모터의 공통점의 제로 위상과 교차할 때마다 반전되는 역기전력의 제로교차점신호(zero-EMF)를 생성하고, 이 제로교차점신호에 따라 각 코일에 전압을 인가한다. 이 제로교차점신호는 역기전력신호의 제로교차점(zero cross)을 의미하고, 그 주기는 모터의 회전속도에 따라 달라진다.

모터가 안정적으로 구동되려면, 소정의 코일에 역기전력의 제로교차점신호가 출력되었을 때, 다른 코일에 3상 전압이 정확히 인가되어야 한다. 그러므로, 역기전력의 제로교차점을 정확히 검지하는 것은 모터의 안정적인 동작을 위하여 필수적인 요소이다. 이 때, 역기전력의 제로교차점은 모터의 코일에 인가되는 오픈상(Open Phase)전압을 이용하여 검지할 수 있다. 왜냐하면, 역기전력의 제로교차점 신호는 모터의 코일에 오픈상전압이 인가될 때마다 반전되기 때문이다.

모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등, 세 구간으로 나눌 수 있다. 초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 구동회로가 회전자를 정해진 초기위치로 이동하는 구간이고, 오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 구간이며, 크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간이다.

그런데, 종래의 구동방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로 센서리스 BLDC 모터는 역기전력이 감지된 시점 사이의 시간에 의해 모터의 현재 회전수를 감지한다. 그런데, 단 한번의 감지시간으로 모터의 회전수를 판단하면 잡음에 취약해질 수 있기 때문에 수 회의 감지시간을 평균해서 사용한다. 이러한 역기전력이 감지되기 시작하는 구간은 크로즈루프(close loop) 구간이다. 이 크로즈 루프 구간에 진입하기 위해서는 오픈루프(open loop)이 끝나기 전에 미리 역기전력의 감지시점을 체크해야 한다.

그러나, 종래의 구동방법은 도 4에 나타낸 것과 같이 오픈루프 구간에서 모터가 등가속으로 회전하므로, 역기전력 감지시점 사이의 시간간격이 커서 모터를 크로즈 루프 구간으로 부드럽게 운행하지 못한다. 그 이유는 모터 구동회로의 역기전력감지부가 역기전력을 일정한 주기로 감지하는데, 모터가 등가속으로 회전함으로 인해 회전속도가 점점 빨라져 역기전력의 감지시점의 빈번도가 점점 높아지기 때문이다.

크로즈루프 구간은 오픈루프 구간에서 감지된 역기전력 감지시점의 시간간격의 평균시간을 역기전력 감지주기로 설정하므로, 감지시점의 빈번도가 점점 높아지면 실제의 역기전력 감지주기와 상술한 평균시간 사이에는 큰 오차가 발생한다. 이러한 오차는 크로즈루프 구간에서 역기전력을 올바로 감지할 수 없는 결과를 초래한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 크로즈루프 구간에서 역기전력을 올바로 감지하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 BLDC 모터의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 BLDC 모터의 회전자와 권선을 도시한 도면.

도 3은 상기 도 1과 도 2에 도시된 BLDC 모터에 인가되는 3상전압과 권선에서 발생된 역기전력 및, 역기전력감지신호를 도시한 그래프.

도 4는 종래의 구동방법에 의해 오픈루프 구간의 역기전력 감지시점을 도시한 그래프.

도 5는 본 발명의 구동방법을 도시한 흐름도.

도 6은 상기 도 5에 도시된 본 발명의 구동방법에 의해 구동된 모터의 역기전력 감지시점을 도시한 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 역기전력 감지신호 Δt1', Δt2' : 역기전력 감지주기

본 발명은 오픈루프 구간 말기에 가속도양을 줄여 역기전력 감지시점 주기가 최대한 일정하게 되도록 모터를 회전시키는 것이 특징이다.

본 발명의 모터 구동방법은 정지상태에서 모터 회전자를 최초 회전시키는 단계(s1)와, 최초 회전 후에 오픈루프 구간의 가속도양을 설정하는 단계(s2)와, 오픈루프 구간의 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계(s3)와, 회전자의 가속 후에 가속도양을 증가시키고(s5) 증가된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계, 그리고 증가된 오픈루프 구간의 가속도양이 크로즈루프의 가속도양보다 작지 않은 경우, 가속도양을 감소시키고 감소된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.

이하, 본 발명의 동작원리를 첨부된 도면과 함께 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 동작원리를 도시한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 동작에 따라 역기전력이 감지된 시점을 도시한 그래프이다. 모터가 정지상태에서 최초회전하여 초기기동을 시작한다. 그리고, 초기기동이 시작되면, 모터의 구동회로는 모터를 점점 가속시켜 모터의 회전속도를 증가시킨다. 이 때, 구동회로는 모터의 가속도를 점점 증가시켜 모터를 고속으로 회전시킨다.

모터의 회전속도가 권선에서 발생된 역기전력을 구동회로가 감지할 수 있을 정도의 수준에 가까와지면, 구동회로는 모터의 가속도를 점점 감소시켜 모터의 회전속도의 가속을 줄인다. 즉, 모터의 가속도를 감소시키는 시점은 모터 구동단계 중, 오픈루프 구간의 말기이다. 그 결과, 도 6에 나타낸 것과 같이 오픈루프일 때, 권선에서 감지되는 역기전력의 감지시점 간의 차이가 줄어든다.

모터의 회전속도가 역기전력이 감지되는 크로즈루프 구간에 이르게 되면, 오픈루프 구간의 역기전력 감지주기의 평균시간을 참조로 하여 역기전력을 감지한다. 그리고, 구동회로는 이 구간에서 감지된 역기전력에 의해 모터의 회전속도 및 회전자의 위치를 파악할 수 있다. 크로즈루프 구간에서 파악된 모터의 회전속도 및 회전자의 위치는 추후 등속구간에서 모터의 회전을 제어하는 참조변수로 이용된다.

본 발명은 종래의 모터 구동방법에 비해 크로즈루프 구간에서의 모터 제어를 원활히 실행할 수 있는 장점이 있다. 그 이유는 크로즈루프 구간에 이르기 전, 즉 오픈루프 말기에 모터의 회전가속도를 감소시킴으로써, 역기전력의 감지시점 사이의 차이가 줄어들기 때문이다. 그 결과, 오픈루프 구간에서 감지된 역기전력 감지주기의 평균치와 실제의 역기전력 감지주기가 비슷해지기 때문에 크로즈루프 구간에서 역기전력의 감지가 용이해지는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 있어서,

   정지상태에서 모터 회전자를 최초 회전시키는 단계;

   최초 회전 후, 오픈루프 구간의 가속도양을 설정하는 단계;

   상기 오픈루프 구간의 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계;

   상기 회전자를 가속 후, 가속도양을 증가시키고 증가된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계; 그리고,

   상기 증가된 오픈루프 구간의 가속도양이 크로즈루프의 가속도양보다 작지 않은 경우, 가속도양을 감소시키고 감소된 가속도양에 의해 모터 회전자를 가속하는 단계를 포함하는 센서리스 BLDC 모터의 구동방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가속도양을 감소시키는 시점은 오픈루프 구간의 말기인 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 구동방법.