JP2014121258A - モータ駆動装置および方法 - Google Patents

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ユル コー、ジョー
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Abstract

【課題】本発明は、モータ駆動装置および方法に関する。
【解決手段】本発明によると、モータに印加される駆動電流を所定の周期で検出する電流検出部と、上記電流検出部が直前周期に検出した駆動電流と、上記電流検出部が現在周期に検出した駆動電流とを比較する電流比較部と、上記電流比較部の出力に基づいて、上記モータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号と比較される基準信号のレベルを調節する制御部と、を含むモータ駆動装置を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ゼロ交差(Zero Cross Point)信号を用いてモータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号を検出するにおいて、モータの速度を決定する駆動電流のレベルを考慮して、ゼロ交差信号を生成する比較器の基準信号値を決定することにより、モータの速度に応じて適切に比較器のオフセット値を除去することができるモータ駆動装置および方法に関する。
ホールセンサー(Hall Sensor)を用いないモータ駆動装置において、BEMF信号のゼロ交差ポイント(Zero Cross Point、ZCP)を利用することによって回転子の位置を検出することができる。3相モータを動作させる駆動装置でBEMF信号を検出するためには、フローティング(Floating)される相(phase)でBEMF電圧を測定するが、60度の単位で各相のBEMF電圧が上昇または下降するポイントにおいてBEMF電圧と所定の基準電圧と比較するゼロ交差(Zero Crossing)方法を利用して、ホールセンサーの出力信号のように回転子の位置を示す出力信号を得ることができる。
しかし、通常の方法により検出されるBEMF電圧信号は、様々な要因による雑音が含まれており、理想的な信号ではない。従って、このBEMF信号をそのまま基準電圧と比較すると、正確なゼロ交差ポイントを検出することが困難である。特に、BEMF電圧信号に含まれる雑音は、高い周波数を有する雑音信号である可能性があり、雑音の影響が排除された、理想的な場合に近いBEMF電圧信号を検出するためには、モータから検出したBEMF電圧信号をローパスフィルタに通過させて、高い周波数を有する雑音信号を除去する過程が必要である。
しかし、BEMF電圧信号を生成する過程で、またはローパスフィルタでフィルタリングする過程で意図しない遅延が生成されることがあり、それにより、BEMF電圧信号と比較される基準信号に意図しないオフセット値が加減される。この場合、BEMF電圧信号と基準信号をゼロ交差比較する結果にエラーが含まれ、モータ回転子の位置を正確に検出できなくなり、よって、モータの動作を正確に制御することができないという問題点がある。
引用発明1は、ブラシレス直流モータの速度制御方法およびその装置に関するものであり、電流の位相を検出して電流と誘起電圧の位相を合わせ、それによってモータを制御する構成を開示している。引用発明2は、モータ駆動制御装置に関するものであり、モータにかかる負荷に応じて位相差を制御し、それによってモータを駆動させる内容を開示している。しかし、引用発明1、2のいずれにもモータを動作させる電流を所定周期に従って検出して比較し、その結果に応じてBEMF信号と比較される基準信号のレベルを設定し、ゼロ交差信号を正確に検出しようとする内容については全く開示されていない。
韓国公開特許公報KR10−2000−0000480号 韓国公開特許公報KR10−2001−0011017号
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためのものであり、BEMF信号と比較される基準信号のレベルを設定するにおいて、モータを動作させる駆動電流を所定の周期で検出し互いに比較した後、その比較結果に応じて基準信号のレベルを決定するオフセット値を調節する。したがって、モータを動作させる電流のレベルおよびBEMF信号を生成するのに必要なフィルタの遅延(delay)成分を考慮して、基準信号のレベルを設定することができ、それにより、モータの動作を正確に制御することができる。
本発明の第1技術的な側面によると、モータに印加される駆動電流を所定の周期で検出する電流検出部と、上記電流検出部が直前周期に検出した駆動電流と、上記電流検出部が現在周期に検出した駆動電流とを比較する電流比較部と、上記電流比較部の出力に基づいて、上記モータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号と比較される基準信号のレベルを調節する制御部とを含むモータ駆動装置を提案する。
また、上記制御部は、上記直前周期に検出した駆動電流が上記現在周期に検出した駆動電流より大きいと、上記基準信号のレベルを増加させ、上記直前周期に検出した駆動電流が上記現在周期に検出した駆動電流より小さいと、上記基準信号のレベルを減少させるモータ駆動装置を提案する。
また、上記制御部によってレベルが調節される基準信号と、上記BEMF信号とを比較して、ゼロ交差(Zero Cross Point)信号を生成する比較部をさらに含み、上記制御部は、上記BEMF信号が増加する区間と上記BEMF信号が減少する区間において、相違する符号で上記基準信号のレベルが増加または減少するように上記比較部の動作を制御するモータ駆動装置を提案する。
また、上記制御部は、上記基準信号のレベルを調節して上記モータから上記BEMF信号を検出するか、上記BEMF信号をフィルタリングする時に発生する遅延による誤差を補正するモータ駆動装置を提案する。
また、上記アナログ−デジタル変換回路によって変換された上記駆動電流のデジタル値を格納するメモリをさらに含み、上記電流検出部は、上記駆動電流を生成するための整流(commutation)信号の周期に基づいて、上記駆動電流を検出するモータ駆動装置を提案する。
また、上記電流比較部は、上記メモリに格納された直前周期の駆動電流値を引き出して、上記電流検出部が検出する現在周期の駆動電流値と比較するモータ駆動装置を提案する。
また、上記電流比較部の出力をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換回路を含み、上記制御部は、上記デジタル−アナログ変換回路が出力する信号の増減に応じて上記基準信号のレベルを調節するモータ駆動装置を提案する。
また、上記電流比較部は、上記メモリに格納された直前周期の駆動電流のデジタル値が上記現在周期の駆動電流のデジタル値より大きいと、上記デジタル−アナログ変換回路の出力を増加させ、上記メモリに格納された直前周期の駆動電流のデジタル値が上記現在周期の駆動電流のデジタル値より小さいと、上記デジタル−アナログ変換回路の出力を減少させるモータ駆動装置を提案する。
一方、本発明の第2技術的な側面によると、モータを動作させる駆動電流を所定の周期で検出するステップと、上記検出ステップにおいて直前周期に検出した駆動電流と、現在周期に検出した駆動電流とを比較するステップと、上記比較結果に応じて上記モータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号と比較される基準信号のレベルを調節するステップとを含み、上記調節ステップは、上記直前周期の駆動電流が現在周期の駆動電流より大きいと、上記基準信号のレベルを増加させ、上記直前周期の駆動電流が上記現在周期の駆動電流より小さいと、上記基準信号のレベルを減少させるモータ駆動方法を提案する。
また、上記駆動電流検出ステップは、上記駆動電流を生成するための整流(commutation)信号の周期に基づいて上記駆動電流を検出するステップと、上記検出した駆動電流を格納するステップとを含むモータ駆動方法を提案する。
また、上記調節ステップにおいてレベルが決定された基準信号と、上記BEMF信号とを比較して、ゼロ交差(Zero Cross Point)信号を生成するステップをさらに含むモータ駆動方法を提案する。
また、上記調節ステップは、上記BEMF信号が増加する区間と上記BEMF信号が減少する区間において、相違する符号で上記基準信号のレベルが増加または減少するように上記比較部の動作を制御するモータ駆動方法を提案する。
また、上記調節ステップは、上記基準信号のレベルを調節して上記モータから上記BEMF信号を検出するか、上記BEMF信号をフィルタリングする時に発生する遅延による誤差を補正するモータ駆動方法を提案する。
本発明によると、モータから得たBEMF信号に基づいてモータ回転子の位置を検出するにおいて、モータを動作させる駆動電流のレベル変化に基づいてBEMF信号と比較される基準信号のレベルを決定する。したがって、モータ回転子の動作速度およびBEMF信号を生成するフィルタの遅延成分などをすべて考慮して、BEMF信号と比較される基準信号のレベルを決定することにより、BEMF信号からモータ回転子の位置を正確に検出し、それによってモータの動作を正確に制御することができる。
本発明の実施形態によるモータ駆動装置を簡単に示すブロック図である。 図1に示したモータ駆動装置の構成をより細密に示すブロック図である。 本発明の実施形態によるモータ駆動方法を説明するのに提供されるフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
図1は、本発明の実施形態によるモータ駆動装置を簡単に示すブロック図である。
図1を参照すると、本実施形態によるモータ駆動装置100は、モータ180を駆動する電流を検出する電流検出部110と、検出した電流を格納するメモリ120と、メモリ120に格納された電流と現在検出した電流とを比較する電流比較部130と、電流比較部130の比較結果から比較部160の基準信号のレベルを調節する制御部140とを含むことができる。
モータ180は駆動回路部170が出力する駆動電流によって動作し、一例として、駆動回路部170はインバータ回路を含むことができる。モータ180に含まれる回転子(rotor)の回転速度は、駆動回路部170から印加する駆動電流のレベルによって決定され、モータ180に印加される駆動電流のレベルを調節してモータ180の動作を制御することができる。この時、モータ180の動作をより細密に調節するためには、回転子(rotor)の位置が検出できなければならず、ホールセンサーを含まないセンサーレス(sensorless)方式のモータ180においては、モータ180で生成されるBEMF(Back Electro Motive Force)信号を用いて回転子の位置を検出することができる。
図1を参照すると、モータ駆動装置100に含まれたBEMF検出部150が、モータ180で生成されるBEMF信号を検出する。検出したBEMF信号は比較部160に入力され、制御部140によって調節される比較部160の基準信号と比較される。この時、比較部160は、BEMF信号と基準信号とを比較して、ゼロ交差ポイント(Zero Cross Point)を検出することにより、モータ180の回転子の位置情報を検出することができる。
したがって、モータ180回転子の位置を正確に検出するためには、BEMF信号を正確に生成し、比較部160の基準信号のレベルを適切に設定する必要がある。BEMF信号を正確に生成するために、通常、BEMF信号より高い周波数帯域で生成される雑音信号を除去することができるローパスフィルタ(LPF)にBEMF信号を通過させることができる。
しかし、ローパスフィルタは、一般的にフィルタ特性に応じて決定される所定の遅延(Delay)成分を有する。よって、ローパスフィルタを通過した後のBEMF信号を比較部160に設定された基準信号と比較すると、ローパスフィルタで発生した遅延成分によって正確なゼロ交差ポイントを検出することが困難である。したがって、本発明では、制御部140がこのような遅延成分を補償することができるように、基準信号のレベルを増加または減少させる。以下、モータ駆動装置100が比較部160の基準信号のレベルを調節する方法について説明する。
電流検出部110が駆動回路部170からモータ180を動作させる駆動電流を検出すると、メモリ120は検出した駆動電流のレベルを格納する。この時、電流検出部110は、所定の間隔をおいて周期的に駆動電流を検出することができる。電流比較部130は、メモリ120に格納された駆動電流を引き出して直前周期に検出された駆動電流のレベルと、現在周期に検出された駆動電流のレベルとを互いに比較する。
比較の結果、現在周期の駆動電流がより大きい場合を仮定する。これは、モータ180に印加される駆動電流のレベルが次第に増加する場合に該当するため、モータ180で生成されるBEMF信号も次第に増加すると推定することができる。結局、BEMF検出部150、またはBEMF信号の雑音成分をフィルタリングするローパスフィルタによってBEMF信号に反映される遅延成分は、遅延成分が存在しない場合よりゼロ交差ポイントを遅らせる結果として表れる。したがって、制御部140は、比較部160の基準信号のレベルを減少させることにより、BEMF信号の遅延成分によるゼロ交差ポイントの遅れ現象を補正することができる。
逆に、現在周期の駆動電流が直前周期の駆動電流より小さいレベルを有すると、これは、モータ180に印加される駆動電流のレベルが次第に減少する場合に該当する。よって、モータ180で生成されるBEMF信号は次第に減少し、遅延成分が反映されることにより、ゼロ交差ポイントは、遅延成分が含まれない場合に比べて誤差を有するようになる。制御部140は、比較部160の基準信号のレベルを増加させることにより、ゼロ交差ポイントの誤差を補正することができる。
簡単には、制御部140は、比較部160の基準信号端子に存在するオフセット(offset)値を調節して、基準信号のレベルを調節することができる。また、上述したように、モータ180に印加される駆動電流が増加または減少する場合の各々に対し、オフセット値の符号を相違するように適用することにより−基準信号のレベルを増加あるいは減少させることにより−駆動電流を生成するのに必要な整流信号の周期を同一に維持することもできる。
図2は、図1に示したモータ駆動装置の構成をより細密に示すブロック図である。図2を参照すると、本実施形態によるモータ駆動装置200は、図1に示したモータ駆動装置100と同様に、電流検出部210と、メモリ220と、電流比較部230と、制御部240と、BEMF検出部250と、比較部260とを含むことができる。モータ280を動作させる駆動回路部270は、駆動電流を生成するインバータ275と、インバータ275の動作を制御する整流制御部(Commutation Controller、273)とを含むことができる。整流制御部273は、インバータ275に含まれる複数のスイッチ素子それぞれのオン/オフを順次制御して、モータ280の回転を制御することができる。
電流検出部210は、インバータ275が生成する駆動電流を検出するための電流センサー213と、サンプル&ホールド回路215とを含むことができる。電流検出部210によって検出された駆動電流は、ADC225を介してデジタル値に変換され、メモリ220に格納される。メモリ220には一般的なレジスタが適用されてもよい。
整流信号検出部223は、整流制御部273からインバータ275に含まれるスイッチ素子のオン/オフを制御する信号の周期を検出してADC225に伝達する。ADC225は、整流制御部273の制御信号情報をデジタル値に変換して、メモリ220に格納する。電流比較部230は、図1で説明したように、一定の間隔で周期的に検出されるモータ280の駆動電流を互いに比較するが、電流比較部230の比較動作に整流信号検出部223が検出する整流制御部273の制御信号が用いられてもよい。
インバータ275は、整流制御部273が送る整流信号の周期に応じて相違する駆動電流を出力することができる。よって、電流検出部210が駆動電流を検出する周期は、整流信号の周期に対応することができ、電流比較部230は、整流信号検出部223が出力する整流信号情報を用いて、メモリ220に格納された駆動電流レベルのデジタル値を引き出して比較することができる。上述したように、電流比較部230は、直前周期の駆動電流レベルのデジタル値と、現在周期の駆動電流レベルのデジタル値とを比較する。
比較の結果、現在周期の駆動電流レベルのデジタル値が直前周期の駆動電流レベルのデジタル値より大きいと、モータ280で生成されるBEMF信号が次第に増加すると推定することができる。よって、制御部240は、BEMF検出部250とローパスフィルタなどで反映される遅延成分による誤差を補正するために、比較部260の基準信号のレベルを減少させなければならない。その反面、直前周期の駆動電流レベルのデジタル値が現在周期の駆動電流レベルのデジタル値より大きいと、BEMF信号が次第に減少する場合に該当するため、正確なZCP信号検出のために、制御部240は基準信号のレベルを増加させることができる。
図3は、本発明の実施形態によるモータ駆動方法を説明するのに提供されるフローチャートである。図3を参照すると、本実施形態によるモータ駆動方法は、電流検出部210がモータ280から駆動電流を検出することから始まる(S30)。電流検出部210は、電流センサー213とサンプル&ホールド回路215を用いて駆動電流のレベルを検出することができ、検出した駆動電流のレベルはADC225によってデジタル値に変換され、メモリ220に格納される(S31)。
一方、図3のフローチャートでは省略されたが、モータ駆動装置200は、整流信号検出部223を用いて、モータ280の駆動電流を生成するのに必要な整流信号の情報を抽出することができる。駆動電流を生成するインバータ275に含まれるスイッチ素子のオン/オフ動作は、整流信号の周期に応じて変わることができる。したがって、整流信号の周期に応じて駆動電流が変わることができるため、電流検出部210が検出する駆動電流のレベルを整流信号の周期に応じてサンプリングし、これを電流比較部230において比較することができる。
電流比較部230は、直前周期の駆動電流レベルのデジタル値I(t−1)を現在周期の駆動電流レベルのデジタル値I(t)と比較する(S32)。S32ステップの比較結果、I(t−1)がI(t)より小さいと、駆動電流のレベルが次第に増加する場合に該当し、結局,モータ280から出力されるBEMF信号も次第に増加すると推定することができる。したがって、制御部240は、ZCP信号の誤差を補正するために、比較部260においてBEMF信号と比較される基準信号のレベルを減少させることができる(S33)。
その反面、S32ステップの比較結果、I(t−1)がI(t)より大きいと、駆動電流のレベルとBEMF信号が次第に減少する場合に該当する。よって、制御部240は、ZCP信号の誤差を補正するために、比較部260においてBEMF信号と比較される基準信号のレベルを増加させることができる(S34)。このように、S33〜S34ステップにおいて比較部260の基準信号のレベルを調節することにより、BEMF信号に含まれた遅延成分によるZCP信号の誤差を効果的に補正することができる。
最後に、モータ駆動装置は、S33またはS34ステップにおいて補正された基準信号のレベルをBEMF信号と比較して、ZCP信号を生成する(S35)。このような一連の流れを通じ、モータ280から検出したBEMF信号に遅延成分が含まれている場合でも正確なZCP信号を生成することができ、よって、モータ280の動作を正確に制御することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
110、210 電流検出部
120、220 メモリ
130、230 電流比較部
140、240 制御部
150、250 BEMF検出部
160、260 比較部
170、270 駆動回路部
180、280 モータ

Claims (13)

  1. モータに印加される駆動電流を所定の周期で検出する電流検出部と、
    前記電流検出部が直前周期に検出した駆動電流と、前記電流検出部が現在周期に検出した駆動電流とを比較する電流比較部と、
    前記電流比較部の出力に基づいて、前記モータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号と比較される基準信号のレベルを調節する制御部と、
    を含む、モータ駆動装置。
  2. 前記制御部は、
    前記直前周期に検出した駆動電流が前記現在周期に検出した駆動電流より大きいと、前記基準信号のレベルを増加させ、前記直前周期に検出した駆動電流が前記現在周期に検出した駆動電流より小さいと、前記基準信号のレベルを減少させることを特徴とする、請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記制御部によってレベルが調節される基準信号と、前記BEMF信号とを比較して、ゼロ交差(Zero Cross Point)信号を生成する比較部をさらに含み、
    前記制御部は、前記BEMF信号が増加する区間と前記BEMF信号が減少する区間において、相違する符号で前記基準信号のレベルが増加または減少するように前記比較部の動作を制御することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記制御部は、
    前記基準信号のレベルを調節して前記モータから前記BEMF信号を検出するか、前記BEMF信号をフィルタリングする時に発生する遅延による誤差を補正することを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記電流検出部によって検出された駆動電流をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路によって変換された前記駆動電流のデジタル値を格納するメモリをさらに含み、
    前記電流検出部は、前記駆動電流を生成するための整流(commutation)信号の周期に基づいて、前記駆動電流を検出することを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載のモータ駆動装置。
  6. 前記電流比較部は、
    前記メモリに格納された直前周期の駆動電流値を引き出して、前記電流検出部が検出する現在周期の駆動電流値と比較することを特徴とする、請求項5に記載のモータ駆動装置。
  7. 前記電流比較部の出力をアナログ値に変換するデジタル−アナログ変換回路を含み、
    前記制御部は、前記デジタル−アナログ変換回路が出力する信号の増減に応じて前記基準信号のレベルを調節することを特徴とする、請求項6に記載のモータ駆動装置。
  8. 前記電流比較部は、
    前記メモリに格納された直前周期の駆動電流のデジタル値が前記現在周期の駆動電流のデジタル値より大きいと、前記デジタル−アナログ変換回路の出力を増加させ、
    前記メモリに格納された直前周期の駆動電流のデジタル値が前記現在周期の駆動電流のデジタル値より小さいと、前記デジタル−アナログ変換回路の出力を減少させることを特徴とする、請求項7に記載のモータ駆動装置。
  9. モータを動作させる駆動電流を所定の周期で検出する駆動電流検出ステップと、
    前記駆動電流検出ステップにおいて直前周期に検出した駆動電流と、現在周期に検出した駆動電流とを比較する電流比較ステップと、
    前記比較ステップにおける比較結果に応じて前記モータのBEMF(Back Electro Motive Force)信号と比較される基準信号のレベルを調節する調節ステップと、
    を含み、
    前記調節ステップは、前記直前周期の駆動電流が現在周期の駆動電流より大きいと、前記基準信号のレベルを増加させ、前記直前周期の駆動電流が前記現在周期の駆動電流より小さいと、前記基準信号のレベルを減少させる、モータ駆動方法。
  10. 前記駆動電流検出ステップは、
    前記駆動電流を生成するための整流(commutation)信号の周期に基づいて前記駆動電流を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出した駆動電流を格納する格納ステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項9に記載のモータ駆動方法。
  11. 前記調節ステップにおいてレベルが決定された基準信号と、前記BEMF信号とを比較して、ゼロ交差(Zero Cross Point)信号を生成する比較ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項9または10に記載のモータ駆動方法。
  12. 前記調節ステップは、
    前記BEMF信号が増加する区間と前記BEMF信号が減少する区間において、相違する符号で前記基準信号のレベルが増加または減少するように前記比較ステップの実行を制御することを特徴とする、請求項11に記載のモータ駆動方法。
  13. 前記調節ステップは、
    前記基準信号のレベルを調節して前記モータから前記BEMF信号を検出するか、前記BEMF信号をフィルタリングする時に発生する遅延による誤差を補正することを特徴とする、請求項9から12の何れか1項に記載のモータ駆動方法。
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