KR100202577B1 - Sensorless bldc motor control method and apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서가 없는 브러시리스 직류전동기의 구동 제어에 관한 것으로, 종래 장치에서 PWM을 행하는 인버터의 트랜지스터가 전류될때 프리휠링 구간이 길어지며, 이 구간이 직류전동기 회전자의 위치를 감지하는 영교차점을 포함하게 됨으로 인해 정상적인 직류전동기 회전자의 위치를 감지가 실패하게 되어 직류전동기를 정상적으로 구동하지 못하는 문제점이 발생하여, 이를 해결하기 위한 본 발명은 도통되는 인버터의 두 개의 트랜지스터 중에서 전류(轉流) 되는 트랜지스터가 아닌 다른 트랜지스터를 PWM 제어함으로써 전류되기 이전의 트랜지스터에 역방향으로 직렬 연결된 다이오드로 전류가 흐르는 동시에 상기 PWM 제어되는 트랜지스터에 역방향으로 직렬 연결된 다이오드로 전류가 흐를 수 있는 경로를 형성시켜 전류가 짧은 시간에 영의 값에 이르게 됨으로써 직류전동기 회전자의 위치를 정상적으로 감지할 수 있게 된다.The present invention relates to a drive control of a brushless DC motor without a sensor. In the conventional apparatus, a freewheeling section is lengthened when a transistor of an inverter performing PWM is current, and this section is a zero crossing point for detecting the position of the DC motor rotor. Since the failure to detect the position of the normal DC motor rotor due to include a problem that does not drive the DC motor normally, the present invention for solving this problem is the current of the two transistors of the inverter to be conducted By controlling the other transistors other than the transistors, the current flows through the diode connected in the reverse direction to the transistor before the current, and at the same time, the current flows through the diode connected in the reverse direction to the PWM controlled transistor to form a path through which the current can flow. Spiritual in time By being led to be able to normally detect the position of the rotating DC motor, e.
Description
제1도는 일반적인 센서리스 브러시리스 직류전동기의 구동장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a driving device of a general sensorless brushless DC motor.
제2도는 제1도 위치검출부(4)의 상세 회로도2 is a detailed circuit diagram of the first position detection unit 4.
제3도는 제1도의 인버터 트랜지스터의 구동로직을 보인 도표.3 is a diagram showing the driving logic of the inverter transistor of FIG.
제4도는 제3도에 따라 직류전동기(3)로 공급되는 3상(a,b,c)의 전압 파형도.4 is a voltage waveform diagram of three phases (a, b, c) supplied to a direct current motor (3) according to FIG.
제5도는 제1도 제어장치(5)의 종래의 상세 구성도.FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the conventional FIG. 1 control apparatus 5. FIG.
제6도는 제5도를 제3도의 구동로직으로 구동할 때 a상에서,FIG. 6 shows phase a when driving FIG. 5 with the driving logic of FIG.
(a)는 PWM된 인가전압(①)과 역기전력(②)의 파형도.(a) is a waveform diagram of a PWM applied voltage (①) and a counter electromotive force (②).
(b)는 역기전력(②)과 전류(③)의 파형도.(b) is a waveform diagram of counter electromotive force (②) and current (③).
제7도는 제1도의 제어장치(5)의 본 발명에 의한 일 실시예의 상세 구성도.7 is a detailed configuration diagram of an embodiment of the present invention of the control device 5 of FIG.
제8도는 제7도를 제3도의 구동로직으로 구동할때 a상에서,FIG. 8 shows a phase a when driving FIG. 7 with the driving logic of FIG.
(a)는 PWM된 인가전압(⑪)과 역기전력(⑫)의 파형도.(a) is a waveform diagram of a PWM applied voltage and a counter electromotive force.
(b)는 역기전력(⑫)과 전류(⑬)의 파형도.(b) is a waveform diagram of back EMF and current.
(c)는 PWM절환신호(ss)의 파형도.(c) is a waveform diagram of a PWM switching signal ss.
제9도는 제1도의 제어장치(5)의 본 발명에 의한 다른 실시예의 상세 구성도.9 is a detailed configuration diagram of another embodiment according to the present invention of the control device 5 of FIG.
제10도는 제1도의 제어장치(5)의 본 발명에 의한 다른 실시예의 상세구성도.10 is a detailed configuration diagram of another embodiment according to the present invention of the control device 5 of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 정류부 2 : 인버터1: rectifier 2: inverter
3 : 직류전동기 4 : 위치검출부3: DC motor 4: Position detection unit
5 : 제어장치 6 : 구동부5: control unit 6: drive unit
BD : 정류기 C : 평활콘덴서BD: Rectifier C: Smoothing Capacitor
Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc- : 트랜지스터 R1~R9 : 저항Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, Tc-: Transistors R1-R9: Resistance
Da+,Db+,Dc+,Da-,Db-,Dc- : 다이오드 CMP1~CMP3 : 비교기Da +, Db +, Dc +, Da-, Db-, Dc-: Diodes CMP1 ~ CMP3: Comparators
51 : 전류신호 발생부 52 : 속도제어부51: current signal generator 52: speed control unit
53 : 펄스 발생부 54 : 반송파 발생부53: pulse generator 54: carrier generator
55 : 조합부 56 : 버퍼부55: combination portion 56: buffer portion
CMP : 비교기 INV : 인버터CMP: Comparator INV: Inverter
OR1, OR2 : 제1, 제2 오아게이트OR1, OR2: first or second oragate
BUF1, BUF2 : 버퍼부BUF1, BUF2: Buffer
본 발명은 센서가 없는 브러시리스 직류전동기의 구동 제어에 관한 것으로, 특히 인버터의 트랜지스터의 온 오프에 의한 전류(轉流, commutation)로 인해 발생하는 프리휠링(free wheeling) 시간을 최소화 하도록 트랜지스터에 대하여 펄스폭 변조(이하, PWM)를 수행함으로써 정확한 영전위 교차점이 검출되게 하여 직류전동기를 정상적으로 구동할 수 있게 하는 센서리스 브러쉬리스 직류전동기의 구동 제어방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to driving control of a sensorless brushless DC motor, and more particularly to transistors to minimize freewheeling time caused by commutation of the inverter's transistors on and off. The present invention relates to a drive control method and apparatus for a sensorless brushless DC motor which performs a pulse width modulation (PWM) so that an accurate zero potential crossing point can be detected so that a DC motor can be normally driven.
먼저, 제1도는 일반적인 센세리스 브러시리스 직류전동기의 구동장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 교류 입력전원(AC)을 입력받아 정류하는 정류기(BD) 및 정류된 입력전원(AC)을 평활하는 평활 콘덴서(C)로 이루어진 정루부(1)와, 상기 정류부(1)에서 정류, 평활된 직류전압(DC-LINK)을 인가받아, 구동신호(ds)에 의해 도통제어를 받는 6개의 트랜지스터(Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-)로 이루어지며 이 트랜지스터가 각각 두 개씩(Ta+,Ta-)(Tb+,Tb-)(Tc+,Tc-)직렬로 연결됨과 아울러 6개의 트랜지스터(Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-)각각에 다이오드(Da+, Db+, Dc+, Da-, Db-,Dc-)가 역병렬로 접속된 인버터(2)와, 이 인버터(2)의 직렬 연결된 상기 두 개의 트랜지스터(Ta+,Ta-)(Tb+,Tb-)(Tc+,Tc-)의 각각의 공통 접속점과 연결되어 상기 인버터(2)의 스위칭에 따라 변환된 3상 전원을 인가받는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 동작하는 회전자로 이루어지는 직류전동기(3)와, 상기 직류전동기(3)의 중성점을 기준입력으로 하고 이 기준입력과 직류전동기(3) 회전자에서 발생되는 고정자의 역기전력을 입력받아 비교하는 위치검출부(4)와, 상기 위치검출부(4)의 비교 결과로부터 전동기의 속도를 계산하고 기 프로그램된 속도지령과 비교하여 펄스폭 변조된 전류(轉流)신호(cs)를 출력하는 제어장치(5)와, 상기 제어장치(5)의 변조된 전류신호(cs)를 인가받아 이의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)의 각각의 트랜지스터에 구동신호(ds)를 인가하는 구동부(6)로 구성되며, 상기 직류전동기(3)는 각 상이 고정자 저항((Ra,Rb,Rc) 및 고정자 인덕턴스(La,Lb,Lc)와 회전자에 취부된 영구저석에 의해 회전자가 회전하면서 고정자 권선에 유기되는 역기전력(EMFa,EMFb,EMFc)으로 모델링 된다.First, FIG. 1 is a configuration diagram of a drive device of a general sensessless brushless DC motor, and as shown therein, smoothes the rectifier BD and the rectified input power AC. Six transistors which are rectified and smoothed by the rectifying part 1 which consists of the smoothing capacitor C, and the rectified and smoothed DC voltage (DC-LINK) by the drive signal ds, and are controlled by the drive signal ds. It consists of (Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, Tc-), and each of these transistors are connected in series (Ta +, Ta-) (Tb +, Tb-) (Tc +, Tc-) in series and six An inverter (2) in which diodes (Da +, Db +, Dc +, Da-, Db-, and Dc-) are connected in anti-parallel to transistors (Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, and Tc-), respectively. A three-phase power source connected to each common connection point of the two transistors Ta +, Ta- (Tb +, Tb-) (Tc +, Tc-) connected in series of (2) and switched according to the switching of the inverter 2 Licensed stator and A DC motor (3) consisting of a rotor operated by the rotor's rotor field and the neutral point of the DC motor (3) are used as reference inputs, and the reference input and the counter electromotive force generated from the rotor of the DC motor (3) are input. The speed of the motor is calculated from the comparison result of the position detection unit 4 and the position detection unit 4 to be received and compared, and compared with a pre-programmed speed command to output a pulse width modulated current signal cs. The driving unit 6 which receives the control device 5 and the modulated current signal cs of the control device 5, converts the level thereof, and applies the driving signal ds to each transistor of the inverter 2. The DC motor (3) is a stator winding while the rotor is rotated by the stator resistance (Ra, Rb, Rc) and stator inductance (La, Lb, Lc) and the permanent stone mounted on the rotor Model with back EMF (EMFa, EMFb, EMFc) Ring.
또한 상기 위치검출부(4)는 제2도에 도시된 바와같이, 직류전동기(3)의 중성점 전압(Vn)을 저항(R2)(R5)(R8)을 통하여 기준입력으로 반전단자로 입력받고 3상(a,b,c)의 전압을 각각 저항(R1,R4,R7) 및 저항(R3,R6,R9)을 통하여 분압한 후 비반전단자로 입력받고 이를 비교한 결과(Vao,Vbo,Vco)를 제어장치(5)로 출력하는 3개의 비교기(CMP1)(CMP2)(CMP3)로 구성된다.In addition, as shown in FIG. 2, the position detector 4 receives the neutral point voltage Vn of the DC motor 3 through the resistors R2, R5, and R8 as a reference input to the inverting terminal. The voltages of the phases (a, b, and c) are divided through the resistors R1, R4, R7 and R3, R6, and R9, respectively, and then input to the non-inverting terminals and compared with each other (Vao, Vbo, Vco). ) Is composed of three comparators (CMP1) (CMP2) (CMP3) outputting to the control device (5).
이와 같이 구성된 일반적인 센서리스 브러시리스 직류전동기의 구동장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the driving apparatus of a general sensorless brushless DC motor configured as described above is as follows.
입력전원(AC)은 정류부(1)의 정류기(BD)를 거쳐 정류되고 평활 콘덴서(C)에서 평활된 후 인버터(2)에 전달되며 구동부(6)로 부터의 6개의 구동신호(ds)에 따라 각 트랜지스터(Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-)가 구동되는데, 제3도에 도시한 바와같이 한 주기의 구동로직을 6개의 구간으로 나누고 이에따라 고정자로 공급되는 3상(a,b,c)의 전압을 각각 Va, Vb, Vc로 하면 이때의 파형도는 제4도에 도시한 바와같이 나타나며, 여기서 EMFa,EMFb,EMFc는 회전자의 회전에 의해 고정자의 각 상에서 발생하는 역기전력이며, 이 역기전력은 각 상(a,b,c)에서 공급전압 (Va, Vb, Vc)이 인가되지 않는 동안 양에서 음의 값으로, 음에서 양의 값으로 변화된다.The input power source AC is rectified via the rectifier BD of the rectifying unit 1, smoothed in the smoothing capacitor C, and then transmitted to the inverter 2 to the six driving signals ds from the driving unit 6. Accordingly, each transistor (Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, Tc-) is driven. As shown in FIG. 3, the driving logic of one cycle is divided into six sections and three phases (supplied to the stator) are supplied accordingly. If the voltages of a, b, and c) are Va, Vb, and Vc, the waveform diagram at this time is shown in Fig. 4, where EMFa, EMFb, and EMFc are generated in each phase of the stator by the rotation of the rotor. This counter electromotive force is changed from positive to negative value and from negative to positive value while the supply voltage Va, Vb, Vc is not applied in each phase (a, b, c).
이때, 위치검출부(4)는 상기 역기전력이 변화하는 구간을 검출하며, 이를 제2도로부터 설명하면, 중성점 전위(Vn)가 저항(R2,R5,R8)을 거쳐 각 비교기 (CMP1,CMP2,CMP3)의 반전단자로 기준전압으로 입력되며 a상의 역기전력(EMFa)은 저항(R1,R3)에 의해 분압되어 상기 비교기(CMP1)의 반전단자로 입력됨으로써 분압된 역기전력(EMFa)와 상기 기준전압(Vn)이 비교되어 출력전압(Vao)이 출력되며, 마찬가지로 b상의 역기전력(EMFb) 및 c상의 역기전력(EMFc) 역시 비교기(CMP2)와 비교기(CMP3)에서 중성점 전위(Vn)와 비교되어 출력전압(Vbo,Vco)이 출력된다.At this time, the position detecting unit 4 detects a section in which the counter electromotive force changes, and when it is explained from FIG. 2, the neutral point potential Vn passes through the resistors R2, R5, and R8, and each comparator CMP1, CMP2, CMP3. The reverse electromotive force (EMFa) of a phase is inputted to the inverting terminal of) and is divided by the resistors R1 and R3 and inputted to the inverting terminal of the comparator CMP1 to divide the counter electromotive force EMFa and the reference voltage Vn. ) Is compared to output the output voltage (Vao), and similarly, the b-phase back electromotive force (EMFb) and the c-phase back electromotive force (EMFc) are also compared with the neutral point potential (Vn) at the comparator (CMP2) and the comparator (CMP3). , Vco) is output.
즉, 제4도와 같이 1 구간에서는 c상 역기전력(EMFc)이 양에서 음으로 바뀔 때 영전위 교차점이 검출되고 2 구간에서는 b상 역기전력(EMFb)이 음에서 양으로 바뀔때의 영전위 교차점이 검출되며 3구간에서는 a상 역기전력(EMFa)이 양에서 음으로 바뀔때의 영전위 교차점이 검출된다That is, as shown in FIG. 4, the zero potential crossing point is detected when the c-phase back EMF is changed from positive to negative in the first section, and the zero potential crossing point when the b phase back electromotive force (EMFb) is changed from the negative to the positive in the second section. In the third section, the zero potential crossing point is detected when the a-phase back EMF changes from positive to negative.
이와같이 영전위 교차점을 나타내는 출력전압(Vao,Vbo,Vco)으로 부터 제어장치(5)에서는 직류전동기(3)의 회전자의 위치를 판단하여 전류(傳流) 시점을 계산하고 상기 인버터(2)의 각 트랜지스터(Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-)의 도통을 제어하는 PWM된 전류신호(cs)를 출력하고 이에따라 구동부(6)에서는 상기 전류신호(cs)의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)의 각 트랜지스터(Ta+,Ta-,Tb+,Tb-,Tc+,Tc-)의 게이트에 구동신호(ds)를 인가함으로써 직류전 동기(3) 회전자의 위치에 따른 제어를 수행하게 된다.Thus, from the output voltages (Vao, Vbo, Vco) representing the zero potential crossing point, the control device (5) determines the position of the rotor of the DC motor (3) to calculate the current time point and calculates the inverter (2). Outputs a PWM current signal (cs) for controlling the conduction of each transistor (Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, Tc-) of the transistor, and accordingly, the driver 6 converts the level of the current signal (cs). By applying a drive signal ds to the gates of the transistors Ta +, Ta-, Tb +, Tb-, Tc +, and Tc- of the inverter 2 to control the position of the rotor of the DC motor 3 Will be performed.
다음으로 제5도는 제1도 제어장치(5)의 종래의 상세 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 상기 위치검출부(4)의 출력전압(Vao,VbO,Vco)으로부터 직류전동기(3)의 속도를 계산하고 기 프로그램된 속도지령과 비교하여 방향지령(rs) 및 전압지령(vs)을 출력하는 속도제어부(52)와, 상기 위치검출부(4)의 출력전압((Vao,VbO,Vco)과 속도제어부(52)의 방향지령(rs)에 의해 상기 인버터(2)의 6개의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+,Ta-,Tb-,Tc-)를 동작시키는 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-)를 출력하는 전류신호 발생부(51)와, 반송파를 출력하는 반송파 발생부(54) 및 이 반송파 발생부(54)의 출력과 상기 속도 제어부(52)의 전압지령(vs)을 비교하여 PWM지령신호를 출력하는 비교기(CMP)로 이루어지는 펄스 발생부(53)와, 이 PWM지령신호에 의해 상기 전류 신호 발생부(51)의 6개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-) 중에 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)를 도통 또는 차단하여 변조를 가능케 한는 버퍼(BUF)와, 상기 전류신호 발생부(51)의 3개의 전류신호((cs_a-,cs_b-,cs_c-)와 상기 버퍼(BUF)를 통하여 변조된 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)를 인가받아 이의 레벨을 변환하여 상기 인버터(10)의 각각의 트랜지스터에 구동신호(ds)를 인가하는 구동부(6)로 구성된다.Next, FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the first control device 5, and as shown therein, the speed of the DC motor 3 from the output voltages Vao, VbO, Vco of the position detection unit 4 is shown. The speed controller 52 outputs a direction command rs and a voltage command vs, and compares the output voltage ((Vao, VbO, Vco) with the position detection unit 4). Current signals cs_a +, cs_b +, cs_c +, which operate the six transistors Ta +, Tb +, Tc +, Ta-, Tb-, and Tc- of the inverter 2 by the direction command rs of the speed controller 52 a current signal generator 51 for outputting cs_a-, cs_b-, cs_c-), a carrier generator 54 for outputting a carrier, an output of the carrier generator 54, and a voltage of the speed controller 52 The pulse generator 53 includes a comparator CMP for comparing the command vs and outputting a PWM command signal, and the six current signals cs_a +, cs_b of the current signal generator 51 are generated by the PWM command signal. A buffer BUF that enables or modulates three current signals cs_a +, cs_b +, cs_c + among +, cs_c +, cs_a-, cs_b- and cs_c-, and enables a modulation of the current signal generator 51; Two current signals (cs_a-, cs_b-, cs_c-) and three current signals (cs_a +, cs_b +, cs_c +) modulated through the buffer BUF, and their levels are converted to each of the inverters 10. And a driving unit 6 for applying a driving signal ds to the transistor of.
이와같이 구성 되는데 따른 종래 제어장치의 동작은 다음과 같다.The operation of the conventional control device according to this configuration is as follows.
전류신호발생부(51)의 6개의전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-)는 구동부(6)로 전달되는데, 이때 제1도 평활콘덴서(C)의 저전위 측에 연결된 인버터(2)의 3개의 트랜지스터(Ta-,Tb-,Tc-)를 제어하는 3개의 전류신호(cs_a-,cs_b-,cs_c-)가 제5도와 같이 구동부(6)로 직접 인가되고 평활콘덴서(C)의 고전위 측에 연결된 3개의 트랜지스터(Ta+Tb+,Tc+)를 제어하는 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)는 버터(BUF)를 거치게 된다.The six current signals cs_a +, cs_b +, cs_c +, cs_a-, cs_b-, cs_c- of the current signal generating unit 51 are transmitted to the driving unit 6, where the low potential side of the first degree smoothing capacitor C is present. Three current signals cs_a-, cs_b-, cs_c- controlling the three transistors Ta-, Tb-, and Tc- of the inverter 2 connected to are directly applied to the driving unit 6 as shown in FIG. Three current signals cs_a +, cs_b + and cs_c + controlling three transistors Ta + Tb + and Tc + connected to the high potential side of the smoothing capacitor C pass through butter BUF.
또한, 반송파 발생부(54)에서 출력되는 반송파는 속도제어부(52)의 소정 레벨의 전압지령(vs)과 비교기(CMP)에서 비교되어 다수의 짧은 펄스 형태의 PWM지령신호로 버퍼(BUP)로 출력되며 이 PWM지령신호의 전위가 로우상태이면 버퍼(BUF)가 디스에이블되어 상기 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)는 차단되며 반대로 PWM지령신호의 전위가 하이상태이면 버퍼(BUF)가 인에이블되어 상기 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)는 구동부(6)로 전달됨으로써 PWM제어가 상기 인버터(2)의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+)에 대하여 수행된다.In addition, the carrier wave output from the carrier generator 54 is compared with the voltage command vs of the predetermined level of the speed controller 52 in the comparator CMP to the buffer BUP as a plurality of short pulse pulse PWM command signals. When the potential of the PWM command signal is low, the buffer BUF is disabled so that the three current signals cs_a +, cs_b +, cs_c + are blocked. On the contrary, when the potential of the PWM command signal is high, the buffer BUF is turned off. Enabled so that the three current signals cs_a +, cs_b +, cs_c + are transmitted to the driver 6 so that PWM control is performed on the transistors Ta +, Tb + and Tc + of the inverter 2.
또한 인버터(2)를 제3도와 같은 시퀀스로 구동시키려 할때 a상을 예를들어 직류전동기(3)에 공급되는 전류의 변화 메카니즘을 설명하면 다음과 같으며, 제6도의 (a)는 종래 장치의 a상에서 PWM된 인가전압(①)과 역기전력(②)의 파형을 나타내며, (b) a상의 역기전력(②)과 전류(③)파형을 나타낸다.In addition, when the inverter 2 is to be driven in the same sequence as in FIG. 3, the mechanism of changing the current supplied to the DC motor 3, for example, is as follows. FIG. The waveforms of the applied voltage (①) and the counter electromotive force (②) PWMed on the a phase of the device are shown. (B) The counter electromotive force (②) and the current (③) waveforms on the a phase are shown.
먼저 제6도의 1 구간에서, 전류신호발생부(51)의 전류신호(cs_b-)가 하이상태로 구동부(6)로 전달됨에 따라 b상과 연결된 트랜지스터(Tb-)가 도통되며, 하이상태의 논리값을 갖는 전류신호(cs_a+)가 버퍼(BUF)로 입력된 상태에서 PWM지령신호(ps)가 상기 버퍼(PUF)에 인가되며 이 전류신호(cs_a+)는 PWM지령신호(ps)의 하이 또는 로우상태에 따라 a상과 연결된 트랜지스터(Ta+)를 도통 또는 차단시킴으로서 PWM이 수행되며, 이에따라 a상의 전류는 증가하며 전류의 기울기는 상기 PWM지령신호(ps)의 듀티비(duty ratio)로 결정되며 아래 식(1)과 같다.First, in the section 1 of FIG. 6, as the current signal cs_b- of the current signal generator 51 is transferred to the driving unit 6 in the high state, the transistor Tb- connected to the b-phase becomes conductive, The PWM command signal ps is applied to the buffer PUF while the current signal cs_a + having a logic value is input to the buffer BUF, and the current signal cs_a + is applied to the high or low PWM command signal ps. The PWM is performed by conducting or interrupting the transistor Ta + connected to the a phase according to the low state. Accordingly, the current of the a phase increases and the slope of the current is determined by the duty ratio of the PWM command signal ps. Equation (1) below.
여기서, Vab는 직류전동기(3)의 a상과 b상의 전체전압이며, Vdc는 인버터 양단에 걸리는 전압이며, ton은 PWM지령(ps)의 인에이블 구간이며, toff은 PWM지령신호의 디스에이블 구간이다.Here, Vab is the total voltage of a phase and b phase of the DC motor (3), Vdc is the voltage across the inverter, t on is the enable period of the PWM command (ps), t off is the display of the PWM command signal Able section.
상기 식(1)에서 인가전압(Va)이 역지전력(EMFa)보다 크면 전류의 기울기가 양의 값이 되어 전류는 증가한다.In the above formula (1), when the applied voltage Va is greater than the reverse power EMFa, the slope of the current becomes positive and the current increases.
다음으로 2구간에서, 상기 트랜지스터(Ta+)가 계속해서 PWM지령신호(ps)에 의해 도통제어를 받는 상태에서 c상과 연결된 트랜지스터(Tc-)가 도통됨에 따라 전류의 기울기는 상기 식(1)에서 b에 관한 항을 c에 관한 항으로 변환함으로써 구할 수 있다.Next, in the second section, as the transistor Ta + connected to the c-phase is conducted while the transistor Ta + is continuously controlled by the PWM command signal ps, the slope of the current is expressed by Equation (1). This can be found by converting the term for b from to the term for c.
이후 3 구간에서, 상기 트랜지스터(Tc-)가 계속 도통되어 있는 상태에서 트랜지스터(Tb+)가 도통되며 a 상의 전류, 즉 2 구간에서 트랜지스터(Ta+)a상 인덕터(La)a상 저항(Ra)중성점(Vn)c상 저항(Rc)c상 인덕터(Lc)를 거쳐 트랜지스터(Tc-)로 흐르던 전류가 이 트랜지스터(Tc-)를 통하고 난 후 트랜지스터(Ta-)와 역병렬 연결된 다이오드(Da-)를 통하여 프리휠링(free-wheeling)되어 상기 인덕터(La), 저항(Ra) 저항(Rc), 인덕터(Lc)를 통해 소모되면서 전류가 감소하며 이때의 기울기는 상기 식(1)에서 Vdc가0이 되어 아래 식(2)와 같이 구해진다.Afterwards, in the third section, the transistor Tb + is turned on while the transistor Tc- continues to be connected, and the current on a, that is, the transistor Ta + in the second section. a-phase inductor (La) a phase resistance (Ra) Neutral point (Vn) c-phase resistance (Rc) The current flowing through the c-phase inductor Lc to the transistor Tc- passes through the transistor Tc- and then free-wheeling through the diode Da- in parallel with the transistor Ta-. And the current decreases as it is consumed through the inductor La, the resistor Ra, the resistor Rc, and the inductor Lc, and the slope of Vdc is represented by Equation (1). 0 This is calculated | required as Formula (2) below.
상기 식(2)에서 보듯이 음의 값을 나타내는 전류의 기울기, 즉 감소 기울기는 직류전동기 파라메타와 직류전동기에 흐르는 전류(Ia),그리고 직류전동기의 역기전력에 의해 결정되며 이 역기전력은 직류전동기의 회전 수에 비례하며 또한 같은 회전 수 일때는 초기 전류, 즉 부하가 클수록 전류의 프리휠링 구간이 길어진다.As shown in Equation (2), the slope of the current representing the negative value, that is, the decrease slope, is determined by the DC motor parameter, the current Ia flowing through the DC motor, and the counter electromotive force of the DC motor, and the counter electromotive force is the rotation of the DC motor. In proportion to the number and at the same rotation speed, the initial current, i.e., the greater the load, the longer the freewheeling interval of the current.
또한 4 및 5 구간에서의 전류의 기울기는 상기 식(1)과 같은 형태이며 6구간에서는 역시 식(2)와 같은 형태이며 5 구간에서 6구간으로 전환할 때, 즉 트랜지스터(Tc+)가 동통되고 있는 상태에서 트랜지스터(Ta-)가 오프될 때 전류는 트랜지스터(Ta+)와 병렬 연결된 다이오드(Da+)를 통하여 프리휠링 된다.Also, the slope of the current in the 4th and 5th sections is the same as the above formula (1), and the 6th section is also the same as the formula (2), and when switching from the 5th section to the 6th section, that is, the transistor Tc + When the transistor Ta- is turned off in the present state, the current is freewheeled through the diode Da + connected in parallel with the transistor Ta +.
이와같이 동작하는 종래 제어장치는 각 상에서 공급전압이 인가되지 않는 구간에서 역기전력의 영교차점을 검출하여 순수한 위치 정보를 얻을 수 있게 되나, 제6도의 3구간에서 평활콘덴서 고전위 측과 연결된 트랜지스터가 전류(轉流) 될 때의 전류의 기울기와 6구간에서 저전위 측과 연결된 트랜지스터가 전류 될 때의 전류의 기울기가 다르며, 특히 상기 3구간에서의 스위칭 소자가 전류될 때 프리휠링 전류의 지연시간이 길어진다.The conventional control device operating as described above can obtain the pure position information by detecting the zero crossing point of the counter electromotive force in the section where the supply voltage is not applied to each phase.However, in the third section of FIG. The slope of the current at the time of drift and the slope of the current when the transistor connected to the low potential side is current in six sections are different, and particularly, the delay time of the freewheeling current is long when the switching element in the three sections is current. Lose.
이와같은 프리휠링 구간의 불평형 중 a상의 경우에는 3구간에서와 같이 PWM을 행하는 트랜지스터가 전류되면 프리휠링 구간이 길어지면, 이 구간이 직류전동기 회전자의 위치를 감지하는 영교차점을 포함하게 되며, 즉 전류가0이 되는 시점이 역기전력이양에서음으로 영교차 할 때의 시점보다 늦게되면 전류신호 발생부가 영교차를 감지하지 못하므로 이 전류신호 발생부의 출력은 이전의 출력을 계속 유지하게 되어 정상적인 직류전동기 회전자의 위치 감지가 실패하게 된다.In the unbalanced phase of the freewheeling section, as shown in section 3, when the transistor performing PWM is current, if the freewheeling section becomes long, this section includes a zero crossing point for detecting the position of the rotor of the DC motor. Current 0 When the back electromotive force amount in Well If it is later than the time of zero crossing, the current signal generator cannot detect the zero crossing, so the output of this current signal generator keeps the previous output and the normal DC motor rotor position detection fails.
다시말하면 구동 로직은 영교차점을 벗어나 있지만 전류(轉流)시 발생하는 프리휠링 구간이 영교차점 이상을 포함하게 되어 위치 정보를 도출하지 못하게 된다.In other words, the driving logic is out of the zero crossing point, but the freewheeling section generated at the current includes more than the zero crossing point, thereby failing to derive the position information.
따라서 직류전동기가 정상적으로 구동되지 못하게 되어 직류전동기의 구동이 실패하게 되는 문제점이 발생하게 된다.Therefore, the DC motor cannot be driven normally, causing a problem that the driving of the DC motor fails.
이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 도통되는 두 개의 트랜지스터 중에서 전류(轉流) 되는 트랜지스터가 아닌 다른 트랜지스터를 PWM제어함으로써 전류되기 이전의 트랜지스터에 역방향으로 직렬 연결된 다이오드로 전류가 흐르는 동시에 상기 PWM 제어되는 트랜지스터에 역방향으로 직렬 연결된 다이오드로 전류가 흐를 수 있는 경로를 형성시켜 전류가 짧은 시간에 영의 값에 이르게 됨으로써 직류전동기 회전자의 위치를 정상적으로 감지할 수 있는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving such a conventional problem by the PWM control of a transistor other than the current of the two transistors that are conducting current flows through the diode connected in series to the transistor in the reverse direction before the current The purpose of the present invention is to properly detect the position of the DC motor rotor by forming a path through which a current flows in a diode connected in a reverse direction to a PWM controlled transistor, thereby reaching a zero value in a short time.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 센서리스 브러시리스 직류전동기의 구동 제어방법은, 기 저정된 구동 로직에 따라 제어신호를 인가하여 2개의 스위칭 수단을 구동하는 과정과, 상기 과정을 수행하면서 직류전동기 각 상의 역기전력의 검출하는 과정과, 상기 과정에서 역기전력의 영교차점이 검출되지 않으면 계속하여 상기 2개의 스위칭 수단을 구동하며 영교차점이 검출되면 검출된 상에 연결된 두 개의 스위칭 수단에서 전류될 스위칭 수단을 판단하는 과정과, 상기 과정에서 전류될 스위칭 수단이 판단되면 소정시간이 지난 후에 전류되는 스위칭 수단을 구동 제어함과 아울러 전류되는 스위칭 수단이 아닌 스위칭 수단에 PWM된 제어를 수행하는 과정으로 이루어진다.The drive control method of the sensorless brushless DC motor of the present invention for achieving the above object comprises the steps of driving two switching means by applying a control signal according to a predetermined driving logic, and performing the above process. Detecting the counter electromotive force of each phase, and if the zero crossing point of the counter electromotive force is not detected in this process, the two switching means are continuously driven; when the zero crossing point is detected, the switching means to be currented by the two switching means connected to the detected phase. When the switching means to be current is determined in the process, and the switching means to be current is determined in the process, the drive means to control the switching means to be current after a predetermined time and the PWM control to the switching means rather than the switching means to be current.
또한 본 발명 센서리스 브러시리스 직류전동기의 구동 제어장치는, 종래 장치의 위치검출부의 비교 결과로부터 직류전동기의 속도를 계산하고 기 프로그램된 속도지령과 비교하여 소정값을 갖는 전압지령 및 회전방향을 알리는 방향지령을 출력함과 아울러 상기 정류부의 평활콘덴서의 고전위 측과 연결된 스위칭 수단을 PWM 할 것인지, 아니면 저전위 측과 연결된 스위칭 수단을 PWM 할 것인지를 나타내는 PWM절환신호를 출력하는 속도제어부와, 상기 위치검출부의 비교결과와 상기 속도제어부의 방향지령에 의해 상기 인버터의 6개의 스위칭 수단 각각에 대한 전류(轉流)신호를 출력하는 전류신호 발생부와, 상기 속도제어부의 전압지령을 입력받아 다수의 주파수를 갖는 펄스폭 변조된 PWM지령신호를 출력하는 펄스 발생부와, 상기 PWM절환신호와 PWM지령신호를 인에이블신호로 출력하는 조합부와, 이 조합부의 인에이블신호에 의해 상기 전류 신호발생부의 전류신호를 도통제어하는 버퍼부로 구성한다.In addition, the drive control device of the sensorless brushless DC motor of the present invention calculates the speed of the DC motor from the comparison result of the position detection unit of the conventional device, and compares the voltage command with the predetermined value with the pre-programmed speed command and informs the direction of rotation. A speed control unit for outputting a direction command and outputting a PWM switching signal indicating whether to switch the switching means connected to the high potential side of the smoothing capacitor of the rectifying unit or the switching means connected to the low potential side; The current signal generating unit outputs a current signal to each of the six switching means of the inverter according to the comparison result of the position detecting unit and the direction command of the speed control unit, and receives a plurality of voltage commands of the speed control unit. A pulse generator for outputting a pulse width modulated PWM command signal having a frequency; Constitute a combiner for outputting a signal to the enable signal, the buffer portion of the conduction control the current signal of the current signal generated by the combining unit enable signal.
이와같은 본 발명의 방법 및 장치에 대하여 제5도 내지 제9도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Such a method and apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 9 as follows.
제7도는 제1도의 제어장치(5)의 본 발명에 의한 일 실시예의 상세 구성도로서, 이에 도시한 바와같이 제1도의 위치검출부(4)의 출력전압(Vao,Vbo,Vco)으로부터 직류전동기(3)의 속도를 계산하고 기 프로그램된 속도지령과 비교하여 전압지령(vs) 및 회전방향을 알리는 방향지령(rs) 및 평활콘덴서(C)의 고전위 측과 연결된 인버터(2)의 3개의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+)를 PWM 제어 할 것인지 평활콘덴서(C)의 저전위 측에 연결된 3개의 트랜지스터(Ta-,Tb-,Tc-)를 PWM 제어 할 것인지의 여부를 알리는 PWM절환신호(ss)를 출력하는 속도제어부(52)와, 위치검출부(4)의 출력전압(Vao,Vbo,Vco)과 상기 속도제어부(52)의 방향지령(rs)에 의해 상기 인버터(10)의 6개의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+,Ta-,Tb-,Tc-)가 동작할 수 있도록 하는 6개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-)를 출력하는 전류신호 발생부(51)와, 반송파를 출력하는 반송파 발생부(54) 및 이 반송파 발생부(54)의 반송파와 상기 속도제어부(52)의 전압지령(vs)을 비교하여 PWM지령신호(ps)를 출력하는 비교기(CMP)로 이루어지는 펄스 발생부(53)와, 상기 펄스 발생부(53)의 PWM지령신호(ps)와 PWM절환신호(ss)로부터 인버터(2)의 6개의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+,Ta-,Tb-,Tc-)를 선택적으로 PWM할 수 있도록 하는 인에이블 신호(en1)(en2)를 출력하는 조합부(55)와, 상기 인에블신호(en1)(en2)에 의해 인에이블 되어 상기 전류신호(cs)를 구동부(6)로 전달하는 버퍼부(56)와, 상기 버퍼부(56)를 거친 전류신호(cs)를 인가받아 이의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)의 각각의 트랜지스터에 구동신호(ds)를 인가하는 구동부(6)로 구성한다.7 is a detailed configuration diagram of an embodiment according to the present invention of the control device 5 of FIG. 1, and as shown therein, from the output voltages Vao, Vbo, Vco of the position detection unit 4 of FIG. Three of the inverter (2) connected to the high potential side of the direction command (rs) and smoothing capacitor (C), which calculates the speed of (3) and compares the voltage command (vs) and the rotation direction by comparing with the pre-programmed speed command. PWM switching signal indicating whether to control the PWM (Ta +, Tb +, Tc +) or the three transistors (Ta-, Tb-, Tc-) connected to the low potential side of the smoothing capacitor (C). 6 of the inverter 10 by the speed controller 52 for outputting ss, the output voltages Vao, Vbo, Vco of the position detector 4 and the direction commands rs of the speed controller 52. Current signal generator for outputting six current signals cs_a +, cs_b +, cs_c +, cs_a-, cs_b-, cs_c- to enable transistors Ta +, Tb +, Tc +, Ta-, Tb-, and Tc- to operate Comparing the unit 51 with the carrier generator 54 for outputting the carrier and the carrier of the carrier generator 54 and the voltage command vs of the speed controller 52 to output the PWM command signal ps. The six transistors (Ta +, Tb +,) of the inverter (2) from the pulse generator (53) comprising a comparator (CMP) and the PWM command signal (ps) and the PWM switching signal (ss) of the pulse generator (53). A combination unit 55 that outputs an enable signal en1 (en2) for selectively PWMing Tc +, Ta-, Tb-, and Tc-, and the enable signal en1 (en2). Enabled by the buffer unit 56 for transmitting the current signal (cs) to the drive unit 6 and the current signal (cs) passing through the buffer unit 56 is applied to convert the level of the inverter (2) And a driving unit 6 for applying a driving signal ds to each transistor of Fig. 2).
또한, 상기 조합부(55)는 상기 PWM(ps)와 상기 PWM절환신호(ss)를 오아 조합하여 인에이블신호(en1)를 출력하는 제1 오아게이트(OR1), 상기 속도제어부(52)의 PWM절환신호(ss)를 반전하는 인버터(INV) 및 이 인버터(INV)의 출력과 상기 PWM지령신호(ps)를 오아 조합하여 인에이블신호(en2)를 출력하는 제2 오아게이트(OR2)로 구성하며, 상기 버퍼부(55)는 상기 인에이블 신호(en1)에 의해 인에이블 되어 평활콘덴서(C)의 고전위 측에 연결된 3개의 스위칭 소자에 대한 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)를 상기 구동부(6)로 전달하는 제1 버퍼(BUF1)와, 상기 인에이블신호(en2)에 의해 인에이블 되어 평활콘덴서(C)의 저전위측에 연결된 3개의 스위칭 소자에 대한 전류신호 (cs_a-,cs_b-,cs_c-)를 상기 구동부(6)로 전달하는 제2 버퍼(BUF2)로 구성한다.In addition, the combination unit 55 of the first or gate (OR1) and the speed control unit 52 to output the enable signal (en1) by combining and combining the PWM (ps) and the PWM switching signal (ss) Inverter INV for inverting the PWM switching signal ss and the second OOR gate OR2 for outputting the enable signal en2 by combining and combining the output of the inverter INV and the PWM command signal ps. The buffer unit 55 is configured by the enable signal en1 to enable the current signals cs_a +, cs_b +, cs_c + to three switching elements connected to the high potential side of the smoothing capacitor C. Current signals (cs_a-,) for the first buffer BUF1 transmitted to the driver 6 and three switching elements enabled by the enable signal en2 and connected to the low potential side of the smoothing capacitor C. cs_b-, cs_c-) are configured as a second buffer BUF2 to the driving unit 6.
이와같이 구성한 본 발명 센서리스 브러시리스 직류직류전동기의 구동 제어장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation and effect of the drive control device of the present invention sensorless brushless DC DC motor configured as described above is as follows.
속도제어부(52)는 전류신호발생부(51)로 방향지령(rs)을 출력하는 한편, 전압지령(vs)을 출력함과 아울러 PWM을 수행하는 트랜지스터를 선택하는 PWM절환신호(ss)를 상기 조합부(55)로 출력하고 상기 전압지령(vs)은 비교기(CMP)에서 반송파발생부(54)의 반송파와 비교되어 다수의 짧은 펄스의 PWM지령신호로 조합부(55)로 입력하고 조합부(55)에서는 PWM절환신호(ss)와 상기 PWM지령신호(ps)를 조합하여 이 PWM지령신호(ps)를 상기 제1 버퍼(BUF1) 또는 제2 버퍼(BUF2)의 인에이블신호(en1)(en2)로 인가한다.The speed controller 52 outputs a direction command rs to the current signal generator 51, outputs a voltage command vs, and outputs a PWM switching signal ss for selecting a transistor performing PWM. The voltage command vs is compared to the carrier of the carrier generator 54 in the comparator CMP, and is input to the combiner 55 as a plurality of short pulse PWM command signals. In step 55, the PWM switching signal ss and the PWM command signal ps are combined to combine the PWM command signal ps with the enable signal en1 of the first buffer BUF1 or the second buffer BUF2. is applied as (en2).
또한, 상기 전류신호발생부(51)는 제1도의 위치검출부(4)의 출력전압(Vao,Vbo,Vco) 및 상기 속도제어부(52)의 방향지령(rs)을 입력받아 인버터(2)의 6개의 트랜지스터가 동작할 수 있도록 하는 6개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-)를 출력하는데, 이때 제1도 평활콘덴서(C)의 고전위 측에 연결된 인버터(2)의 3개의 트랜지스터(Ta+,Tb+,Tc+)를 제어하는 3개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+)는 버퍼부(56)의 제1 버퍼(BUF1)로 입력되고 평활콘덴서(C)의 저전위 측에 연결된 3개의 트랜지스터(Ta-,Tb-,Tc-)제어하는 3대의 전류신호(cs_a-,cs_b-,cs_c-)는 제2 버퍼(BUF2)로 입력된다.In addition, the current signal generator 51 receives the output voltages Vao, Vbo, Vco of the position detector 4 of FIG. 1 and the direction command rs of the speed controller 52 of the inverter 2. Outputs six current signals (cs_a +, cs_b +, cs_c +, cs_a-, cs_b-, cs_c-) to enable six transistors to operate, wherein an inverter connected to the high potential side of the first degree smoothing capacitor (C) The three current signals cs_a +, cs_b +, cs_c + controlling the three transistors Ta +, Tb +, and Tc + of 2) are input to the first buffer BUF1 of the buffer unit 56 and the low of the smoothing capacitor C Three current signals cs_a-, cs_b- and cs_c- controlling three transistors Ta-, Tb- and Tc- connected to the potential side are input to the second buffer BUF2.
이에 따라 상기 6개의 전류신호(cs_a+,cs_b+,cs_c+,cs_a-,cs_b-,cs_c-)는 제1버퍼(BUF1) 및 제2 버퍼(BUF2)에서 차단 또는 통과된 후 구동부(6)에서 레벨이 변환되어 인버터(2)의 트랜지스터에 인가됨으로써 트랜지스터가 도통 또는 차단됨과 아울러 PWM을 수행하게 된다.Accordingly, the six current signals cs_a +, cs_b +, cs_c +, cs_a-, cs_b-, cs_c- are blocked or passed through the first buffer BUF1 and the second buffer BUF2, and then the level is increased in the driver 6. By being converted and applied to the transistor of the inverter 2, the transistor is turned on or off and PWM is performed.
인버터(2)를 종래와 동일한 제3도와 같은 구동로직으로 구동시키는 경우에 상기 본 발명의 동작을 제8도를 참조하여 상세히 설명한다.The operation of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 8 when the inverter 2 is driven by the same drive logic as in FIG.
제8도의 (a)는 본 발명에 따라 a상의 PWM된 인가전압(⑪)과 역기전력(⑫)의 파형을 나타내며, (b)는 a상의 역기전력(⑫)과 전류(⑬) 파형을 나타내며 (c)는 PWM 절환신호(ss)의 파형도를 나타낸다.(A) of FIG. 8 shows the waveforms of the applied voltage (a) and the counter electromotive force (P) of the phase a according to the present invention, and (b) shows the waveforms of the counter electromotive force and current (a) of the phase a (c). Denotes a waveform diagram of the PWM switching signal ss.
먼저 1 구간에서는, 전류신호발생부(51)의 전류신호(cs_a+,cs_b-)가 하이상태로 출력된다.First, in one section, the current signals cs_a + and cs_b- of the current signal generator 51 are output in a high state.
이때 속도제어부(52)의 PWM절환신호(ss)는 (c)에 도시한 바와같이 하이상태로 출력되며 이 PWM절환신호(ss)는 조합부(55)의 제1 오아게이트(OR1)를 거쳐 제1 버퍼(BUF1)를 인에이블 시키게 되어 상기 전류신호(cs_a+)가 구동부(6)를 거쳐 인버터(2)의 트랜지스터(Ta+)를 상시 도통시키게 되며, 속도제어부(52)의 전압지령(vs)이 출력됨에 따라 PWM지령신호(ps)가 제2 오아게이트(OR2)를 거쳐 제2 버퍼(BUF2)를 인에이블 또는 디스에이블 시키게 되어 상기 전류신호(cs_b-)가 트랜지스터(Tb-)를 PWM 제어한다.At this time, the PWM switching signal ss of the speed controller 52 is output in a high state as shown in (c), and the PWM switching signal ss is passed through the first oragate OR1 of the combination unit 55. The first buffer BUF1 is enabled so that the current signal cs_a + conducts the transistor Ta + of the inverter 2 through the driving unit 6 at all times, and the voltage command vs of the speed controller 52 is maintained. As the output is output, the PWM command signal ps enables or disables the second buffer BUF2 via the second orifice OR2, and the current signal cs_b- controls the transistor Tb- for PWM control. do.
이에따라 a상의 전류는 증가하며 이 a상 전류의 기울기는 상기 PWM지령신호(ps)의 듀티비(duty ratio)로 결정되며 상기 식(1)과 같이 구할 수 있고, 이 식(1)에서 인가전압(Va)이 역기전력(EMFa)보다 크면 전류의 기울기가 양의 값이 되어 제8도의 (b)의 전류(⑬)는 증가한다.Accordingly, the current of phase a increases, and the slope of the current of phase a is determined by the duty ratio of the PWM command signal ps, which can be obtained as in Equation (1), and the applied voltage in Equation (1). If (Va) is larger than the counter electromotive force (EMFa), the slope of the current becomes a positive value, and the current of (b) of FIG. 8 increases.
다음으로 2 구간에서, 상기 전류신호(cs_a+)는 계속하여 하이상태로 출력되나 상기 전류신호(cs_b-)는 로우상태로, 전류신호(cs_c_)가 하이상태로 출력된다.Next, in the second section, the current signal cs_a + is continuously output in the high state, but the current signal cs_b- is in the low state, and the current signal cs_c_ is output in the high state.
또한, PWM절환신호(ss)가 1 구간과는 반대로 로우상태로 출력된 후 인버터(INV)에서 하이상태로 반전 출력됨으로 인해 제2 오아게이트(OR2)를 거쳐 제2 버퍼(BUF2)를 인에이블 시키게 되어 상기 전류신호(cs_c-)가 구동부(6)를 거쳐 인버터(2)의 트랜지스터(Tc-)를 상기 도통시키게 되며, PWM지령신호(ps)가 제1 오아게이트(OR1)를 거쳐 제1 버퍼(BUF1)를 인에이블 또는 디스에이블 시키게 되어 상기 전류신호(cs_a+)가 트랜지스터(Ta+)를 PWM 제어한다.In addition, since the PWM switching signal ss is output in the low state as opposed to the one section, and is inverted to the high state in the inverter INV, the second buffer BUF2 is enabled through the second orifice OR2. The current signal cs_c- causes the transistor Tc- of the inverter 2 to conduct through the driving unit 6, and the PWM command signal ps passes through the first orifice OR1. The buffer BUF1 is enabled or disabled so that the current signal cs_a + PWM-controls the transistor Ta +.
또한 이때의 a 상 전류의 기울기는 상기 식(1)에서 b에 관한 항을 c관한 항으로 변화함으로써 구할 수 있다.In addition, the slope of the a-phase current at this time can be obtained by changing the term relating to b in the above formula (1) to the term relating to c.
이후 3 구간에서, 상기 전류신호(cs_c-)는 계속하여 하이상태로 출력되나 상기 전류신호(cs_a+)는 로우상태로, 전류신호(cs_b+)는 하이상태로 출력 된다.Thereafter, the current signal cs_c- is continuously output in a high state, but the current signal cs_a + is in a low state, and the current signal cs_b + is in a high state.
또한, PWM절환신호(ss)가 1 구간과 동일하게 하이상태로 출력됨으로 인해 제1 버퍼(BUF2)가 상시 인에이블되어 트랜지스터(Tb+)는 상시 도통되고, 제2 버퍼(BUF2)가 PWM 제어됨으로 인해 스위칭 트랜지스터(Tc-)는 PWM제어 된다.In addition, the first buffer BUF2 is always enabled because the PWM switching signal ss is output in the same high state as in the first section, so that the transistor Tb + is always turned on, and the second buffer BUF2 is PWM controlled. As a result, the switching transistor Tc- is PWM controlled.
이때 a 상의 전류, 즉 2구간에서 트랜지스터(Ta+)a상 인덕터(La)a상 저항(Ra)중성점(Vn)c상 저항(Rc)c상 인덕터(Lc)를 거쳐 트랜지스터(Tc-)로 흐르던 전류가 이 트랜지스터(Tc-)를 거쳐 트랜지스터(Ta-)와 역 병렬 연결된 다이도드(Da-)를 통하여 프리휠링(free-wheeling)된다.At this time, the current on a, that is, the transistor (Ta +) in two sections a-phase inductor (La) a phase resistance (Ra) Neutral point (Vn) c-phase resistance (Rc) The current flowing through the c-phase inductor Lc to the transistor Tc- is free-wheeled through the diode Da- connected in reverse parallel with the transistor Ta- via the transistor Tc-. .
또한, 상기 트랜지스터(Tc-)가 PWM 제어됨으로 인해 상기 a상 전류는 두 가지의 형태로 감소하게 된다.In addition, since the transistor Tc- is PWM controlled, the a-phase current is reduced in two forms.
다시 말하면 상기 트랜지스터(TC-)가 도통되는 턴온 구간에서는 종래와 동일하게 상기 a상 전류는 상기 식(2)에 의해 영전위 프리휠링 하며, 식(2)를 다시쓰면 아래와 같다.In other words, in the turn-on period in which the transistor TC- is conducted, the a-phase current is zero-potential freewheeled by Equation (2) as in the prior art.
또한, 상기 트랜지스터(Tc-)가 차단되는 턴온프 구간에서 상기 a상 전류는 이 트랜지스터(Tc-)가 차단됨으로 인해 트랜지스터(Tc+)와 역병렬 연결된 다이오드(Dc+)를 통하여 평활콘덴서(C)측으로 흐른다.In addition, in the turn-on period in which the transistor Tc- is cut off, the a-phase current flows toward the smoothing capacitor C through the diode Dc + connected in anti-parallel with the transistor Tc + due to the blocking of the transistor Tc-. Flow.
따라서 상기 식(2)에서 Vdc의 전압이0인 것과는 달리 아래 식(3)과 같이 -Vdc의 값을 가지며 이로인해 a상 전류는 직류링크(DC LINK) 프리휠링 되어 급격히 감소한다.Therefore, the voltage of Vdc in Equation (2) 0 Unlike, it has a value of -Vdc as in Equation (3) below, and the a phase current decreases rapidly due to the DC LINK freewheeling.
따라서 a 상 전류는 상기 식(2)와 식(3)으로 나타나는 감소 기울기를 PWM되는 짧은 시간 동안 달리 하면서 전체적으로 제8도의 (b)에 도시한 바와같이 3 구간에서 역기전력의 영교차점 보다 먼저0에 도달하게 된다.Therefore, the phase a current differs from the zero crossing point of the counter electromotive force in three sections as shown in (b) of FIG. 0 Will be reached.
상기에서 상세히 설명한 바와같이, 본 발명은 2개의 트랜지스터를 순차적으로 구동하는데 있어서 전류되는 트랜지스터에는 상시 도통되게 전류신호를 인가하고 전류되지 않는 다른 트랜지스터에는 PWM된 전류신호를 인가하여 PWM된 전류신호의 턴오프 구간에서 급격한 전류의 감소를 가져올 수 있게 되어 직류전동기 회전자의 위치를 감지하는 영역인 역기전력의 영교차점에서 프리휠링 전류가 흐르지 않게 되어 회전자의 위치를 정확히 감지할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention applies the current signal to the transistor that is current in order to drive two transistors in sequence and the PWM signal to the other non-current transistor to turn the current of the PWM signal It is possible to bring a sudden decrease in the current in the off section, so that the freewheeling current does not flow at the zero crossing point of the counter electromotive force, which is an area for detecting the position of the DC motor rotor, thereby accurately detecting the position of the rotor.
한편, 제9도는 제1도의 제어장치(5)의 본 발명에 의한 다른 실시예의 상세 구성도로서, 본 발명의 일 실시예의 구성을 나타내는 제7도에서는 외부에 별도로 반송파를 발생하는 반송파 발생부(54)를 구성하고 이 반송파와 전압지령(vs)을 비교기(CMP)에서 비교하여 듀티비를 결정함으로써 듀티비를 조정하는 기준 전압, 즉 전압지령(vs)의 크기만을 정해주면 이에대한 듀티비가 결정되는 유리함이 있었으나 반송파 발생부(54) 및 비교기(CMP)로 인한 구성의 복잡한 문제점이 있으며, 이에 반하여 속도제어부(52) 내부에서 PWM주파수 및 듀티비를 소프트 웨어적으로 처리하여 직접 PWM지령신호(ps)를 출력할 수 있게 구성함으로써 듀티비와 PWM주파수의 변환을 위하여 별도의 구성을 하지 않아도 될 수 있게 한다.9 is a detailed configuration diagram of another embodiment of the control apparatus 5 of FIG. 1 according to the present invention, and FIG. 7 shows a configuration of one embodiment of the present invention. 54), the carrier and the voltage command vs are compared in the comparator CMP, and the duty ratio is determined by determining only the reference voltage for adjusting the duty ratio, that is, the voltage command vs. Although there is an advantage in that there is a complicated problem of the configuration due to the carrier generator 54 and the comparator (CMP), on the contrary, the PWM frequency and duty ratio are software-processed inside the speed controller 52 to directly process the PWM command signal ( By configuring the output of ps), a separate configuration is not required for the conversion of the duty ratio and the PWM frequency.
또한, 제10도는 제7도 본 발며의 일 실시예 또는 제9도 본 발명의 다른 실시예 속도제어부(52)에서 출력되는 PWM절환신호(ss)를 논리상태가 서로 다른 두 개의 PWM절환신호(ss1)(ss2)로 출력함으로써 조합부(55)의 구성에서 인버터(INV)를 제거할 수 있게 한 것으로 역시 상기 다른 실시예와 마찬가지로 구성을 간단하게 하는 효과가 있다.In addition, FIG. 10 illustrates a PWM switching signal ss output from the speed controller 52 according to one embodiment of FIG. 7 or another embodiment of the present invention. By outputting to ss1) and ss2, it is possible to remove the inverter INV from the configuration of the combination unit 55, which also has the effect of simplifying the configuration as in the other embodiments.
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