KR0176834B1

KR0176834B1 - 브러시리스 디씨모터의 제동방법

Info

Publication number: KR0176834B1
Application number: KR1019950029193A
Authority: KR
Inventors: 박영상
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970018969A

Abstract

본 발명은 카셋트 테이프 레코더등에 적용되는 브러시리스디씨 모터의 제동기술에 관한 것으로, 모터(M)의 제동동작을 보다 신속하고 정확하게 수행하기 위하여, 정지명령이 입력될 때 역기전력검출신호의 인터럽트간격(△t)을 검출하고, 그 인터럽트간격(△t)의 변화를 근거로 하여 속도차를 검출하며, 제동기능을 수행하기 위해 역토오크 제동벡터를 산출하면서 상기 검출된 인터럽트간격(△t)이 기 설정된 기준치를 초과하거나 속도차가 부(-)의 방향으로 변환되는지를 확인하여 제동동작을 중지하도록 하였다.

Description

브러시리스 디씨모터의 제동방법

제1도는 일반적인 브러시리스 디씨모터의 구동회로도.

제2도의 (a) 내지 (e)는 일반적인 제동방법을 설명하기 위한 역기전력/제로크로싱/베이스구동신호 파형도.

제3도의 (a) 내지 (e)는 본 발명에 의한 제동방법을 설명하기 위한 역기전력/제로크로싱/베이스구동신호 파형도.

제4도의 (a)는 제1도에서 모터의 등가 회로도.

(b)는 모터의 스위칭벡터 설명도.

제5도는 베이스구동신호에 의한 벡터 U,V,W 테이블.

제6도는 제동동작시 역기전력을 근거로 생성한 제로크로싱 파형의 변화도.

제7도는 본 발명 브러시리스 디씨모터의 제동방법에 대한 신호 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 베이스구동부 12 : 인버터

41 : 회전자 LU,LV,LW : U,V,W상 코일

본 발명은 카셋트 테이프 레코더등에 적용되는 브러시리스디씨 모터(BLDC :Brushless DC Motor)의 제동기술에 관한 것으로, 특히 스위치 파워트랜지스터의 통전제어 알고리즘을 이용하여 전파방식 브러시리스 디씨모터의 제동동작을 아주 신속하게 수행하는데 적당하도록한 브러시리스 디씨모터의 제동방법에 관한 것이다.

통상적으로 카셋트 테이프 레코더등에 적용되는 브러시리스디씨 모터의 스위칭 시점이나 제동은 로직회로에 의해 이루어졌으나, 최근들어 회전자(Rotor)의 위치에 관한 간접정보를 이용하여 소프트웨어로 제어하는 것이 일반화되고 있는 실정이다.

제1도는 일반적인 브러시리스 디씨모터의 구동회로도로서 이에 도시한 바와 같이, 인버터단에 내장된 파워트랜지스터의 통전을 제어하기 위해 소정의 타이밍으로 베이스구동신호(U₁-W₁),(U₁'-W₁')를 발생하는 베이스구동부(11)와, 파워트랜지스터가 모터(M)의 각 상(U,V,W)에 대응하여 각기 쌍으로 구성되어 상기 베이스구동신호(U1-W1),(W1'-W1')에 의해 각 상(U,V,W)의 통전을 제어하는 인버터(12)로 구성된 것으로, 이의 작용을 제2도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제2도의 (a)와 같은 역기전력의 제로크로싱을 이용하여 생성되는 제2도의 (a)와 같은 신호를 이용하여 트랜지스터(Q11,Q12),(Q21,Q22),(Q31,Q32)의 통전을 제어하게 되는데, 모터(M)의 정상회전시(t0 이전시점)에는 제2도의 (c)-(e)와 같은 타이밍으로 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 생성하게 되고, 이에 의해 U,V,W상이 120°씩 순차적으로 통정되면서 모터(M)가 회전된다.

이때, 베이스구도신호(U_1.1')가 하이일때는 파워트랜지스터(Q11)가 온됨을 의미하고, 로우일때는 트랜지스터(Q12)가 온됨을 의미하며, 로우도 하이도 아닌 중간레벨 일때는 트랜지스터(Q11,Q12)가 모두 오프됨을 의미한다.

이와 같이 정상적으로 스위칭동작을 수행하다가 소정시점(t0)에서 정지명령을 받으면, 제2도의 (c)-(d)와 같이 상기 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 모두 하이로 출력하거나 로우로 출력하여 모터(M)의 기계적 에너지가 소모되고, 이에 의해 그 모터(M)가 정지하게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 브러시리스디씨모터의 제동방법에 있어서는 제동시간이 비교적 많이 소요되어 제품의 신뢰도를 저하시키게 되는 결함으로 대두되었다. 예로써 반복기능이 구비된 카셋트 테이프 레코더에 있어서 플레이→정지→되감기로 일정구간을 반복 재생하는 경우 브레이크작용이 우수할수록 세트의 신뢰도가 상상된다.

따라서, 본 발명의 목적은 브레이크동작을 보다 신속하게 수행하기 위하여, 정지명령이 입력될 때 역토오크를 발생시킨 후 모터가 정지되거나 역회전하는 순간을 검출하여 역토오크 발생 스위칭을 중단하는 브러시리스 디씨모터의 제동방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 브러시리스 디씨모터의 제동방법은 정지 명령이 입력될 때 역기전력검출신호의 인터럽트간격을 구하는 단계와; 상기의 인터럽트간격(△t)을 저장하며 인터럽트 간격에 대한 이전 스텝과 현재 스텝의 차를 속도차로 검출하는 단계와; 제동기능을 수행하기 위해 현재 스위칭 번호에 스위칭 벡터번호를 더하여 역토오크 제동벡터를 구하는 단계와; 상기 검출된 인터럽트간격이 기 설정된 기준치를 초과하거나 속도차가 부(-)방향으로 변환되는지를 확인하고, 그 확인결과에 따라 모터의 베이스 구동신호를 제어하여 제동동작을 중지하는 단계로 이루어지는 것으로, 이와 같은 제동방버을 제1도, 제3도 내지 제5도르 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

인버터(12)를 구성하는 각각의 트랜지스터(Q11,Q12),(Q21,Q22),(Q31,Q32)는 베이스구동부(11)에서 출력되는 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')의 조합에 의해 6개의 스위칭모드로 통전되고, 이 통전모드에 따라 3상 브러시리스 디씨 모터(M)의 U,V,W상 코일(L_U),(L_V),(L_W)에 대한 여자 형태가 결정되므로, 결국 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')에 의해 그 모터(M)의 U,V,W상 코일(L_U),(L_V),(L_W)에 대한 여자 형태가 결정된다.

회전자(Rotor)(41)의 위치와 자계(Nr)의 방향은 일치하며, 자계(Nr)의 위치에 상응되도록 스위칭벡터를 SW1→SW2→SW3→SW4→SW5→SW6→SW1…의 순서로 생성한다. 제3도는 이 관계를 나타내고 있는데, 제3도 (a)의 U,V,W상에 대한 역기전력은 회전자 자계(Nr)의 위치에 따라 생성되는 파형이며, 이 파형에 동기하여 제3도에서 t0시점 이전의 (a)-(c)와 같이 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 정상적으로 출력하게되고, 이 구동신호에 의해 스테이터 코일은 제4도와 같이 6개의 자계벡터로 여자된다.

자계벡터와 스위칭벡터는 서로간의 각도가 약 90°가 되도록 스위칭함으로써 최대의 효율의 얻을 수 있는데, 이를 위해 제4도의 (b)에서와 같이 자계(Nr)가 형성되어 있는 경우 6개의 스위칭벡터(SW1-SW6) 중에서 90°에 제일 먼저 근접되는 스위칭벡터(SW2)를 생성한 후 60°동나 유지하고, 이어서, SW3→SW4→SW5→SW6→SW1의 순서대로 스위칭벡터를 형성하여 각각 60°동안 유지한다.

모터(M)를 정상적으로 구동시키다가 소정시점(예: 제3도의 t0)에서 정지명령이 입력되면 스위칭벡터(SW6)를 형성하여 브레이크동작에 들어간다 회전자(41)에 의한 자계의 위치가 Nr₁'일 때 정상적인 회전의 경우라면 스위칭벡터 SW3을 형성하게 되지만 정지명령이 입력되었으므로 스위칭벡터 SW6을 형성하여 역토오크가 발생되고, 계속해서 회전자(41)의 자계가 Nr₂'로 변환되면 스위칭벡터 SW1을 발생시키는 순서로 차례로 역토오크 발생 90°근처의 벡터를 형성시켜준다. 이때, 시스템의 능력이 큰 전류를 공급하는데 무리가 가면 상기자계 Nr₁'에 대해 스위칭벡터 SW6 대신 스위칭벡터 SW1,SW5로 스위칭할 수도 있다.

이를 위해 베이스구동부(11)는 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 출력함에 있어서, 브레이크구간(t₁)동안 제3도의 (c)-(e)에서와 같이 역토오크가 발생되도록 역방향으로 90°변환시켜 출력함을알 수 있다. 이렇게 함으로써 즉, 브레이크구간(t₁)동안 발생되는 역토오크에 의해 모터(M)가 완전히 정지되거나 또는 역회전하려는 것을 검출하여 제3도에서 t₂구간의 (a)-(c)와 같이 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 하이로 출력하면서 다음 명령을 기다린다.

제7도는 본 발명 브러시리스 디씨모터의 제동방법에 대한 신호 흐름도로서, 이를 참조하여 상기와 같은 일련의 브레이크 제어동작을 설명함녀 다음과 같다.

일단 제동명령이 입력되면, 역기전력의 제로크로싱을 검츨하여 생성되는 제6도와 같은 파형의 상승에지(ts₁)부터 하강에지(ts₂)까지의 인터럽트간격(△t =ts₂-ts₁)을 검출하여 현재 스텝의 인터럽트간격(tspeed)과 이전 스텝의 인터럽트간격(tspeed1)을 계속 저장하고, 이들의 차 즉, 속도차(△t Sspeed)를 구한다.(S1-S2)

또한, 역토오크를 발생하기 위하여 현재 스위칭벡터번호(X)에 스위칭벡터번호 4를 더하여 그 더해진 스위칭벡터번호(X+4)가 6을 초과하는지를 확인한다. 그 결과 6을 초과하면 6을 감산하고, 초과하지 않으면 상기와 같이 역토오크를 발생하기 위해 제3도의 t1구간에서의 (c)-(e)와 같이 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 출력한다.(S3-S6)

상기의 과정에서 발생된 역토오크에 의해 모터(M)가 정지시점에 도달되었는지를 확인하여 브레이크동작을 정지시키기 위해 상기 인터럽트간격(△t)이 기 설정된 최대치(tmax)보다 큰지를 확인하여 크거나 같으면 상기 베이스구동신호(U_1.1'),(V_1.1'),(W_1.1')를 모두 하이로 출력한다.(S7,S9)

또한, 상기의 과정에서 발생된 역토오크에 의해 모터(M)가 역회전을 시작하려고 하는지 확인후 브레이크동작을 정지시키기 위해 상기 속도차(△t Sspeed)가 0보다 작은지를 확인하여 작으면 상기와 같이 베이스구동신호(U1.1'),(V1.1'),(W1.1')를 모두 하이로 출력한다.(S8)

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 정지명령이 입력될 때 역토오크를 발생시킨 후 모터가 정지되거나 역회전하는 순간을 검출하여 역토오크 발생 스위칭을 중단함으로써 모터의 정지동작을 보다 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

정지명령이 입력될 때 역기전력검출신호의 인터럽트간격을 구하는 단계와; 상기의 인터럽트간격을 저장하며 인터럽트 간격에 대한 이전 스텝과 현재 스텝의 차를 속도차로 검출하는 단계와; 제동기능을 수행하기 위해 현재 스위칭 번호에 스위칭 벡터번호를 더하여 역토오크 제동벡터를 구하는 단계와; 상기 검출된 인터럽트간격이 기 설정된 기준치를 초과하거나 속도차가 부(-)의 방향으로 변환되는지를 확인하고, 그 확인결과에 따라 모터의 베이스 구동신호를 제어하여 제동동작을 중지하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브러시리스 디씨모터의 제동방법.