KR100252974B1 - 모터 기동 방법 - Google Patents

Abstract

H/S용 브러시레스 직류(BLDC) 모터의 기동(Start) 방법에 관한 것으로서, 특히 모터 기동시 임의의 2 U/V/W 상(Phase)을 소정 시간 간격을 두고 셋팅하여 모터로 출력하는 제 1 단계와, 다음 U/V/W 상을 셋팅하는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계가 수행된 후 위치검출 신호(zero_EMF)에 의해 인터럽트가 발생하면 U/V/W 상을 순차적으로 셋팅시켜 모터에 인가하는 제 3 단계로 이루어지며, 이때 위치검출 신호의 간격을 첵크하여 모터가 정상 기동이 안되거나 위치검출 신호가 소정 시간동안 발생되지 않으면 마지막 셋팅된 출력 상을 초기치로하여 모터를 재기동함으로써, 초기 위치를 잡기위한 지연 시간 없이 바로 모터를 기동하므로 모터 기동시 지연 시간이 거의 없어 모터 기동이 빨라지고 또한, 완전 정지 상태가 아니더라도 정,역 기동이 실패없이 빠르게 수행되므로 모터를 완전히 정지시키는데 걸리는 시간을 절약할 수 있고 스톱 ↔ 기동을 반복하는 모드 전환 구간에서 지연시간을 최소화할 수 있다.

Description

모터 기동 방법

본 발명은 헤드폰 스테레오(Headphone Stereo ; H/S) 모터의 구동에 관한 것으로서, 특히 H/S용 브러시레스 직류(Brushless Direct Current ; BLDC) 모터의 기동 시간을 최소로 하는 모터 기동(Start) 방법에 관한 것이다.

H/S용 BLDC 모터의 구동 방식은 크게 전파 방식과 반파 방식으로 나뉘는데, 셋트의 장시간 재생을 위해 재생시는 전파 방식으로 구동하며, 구동 IC의 칩 내부에 하드웨어로 구성된 기동 및 스위칭 회로의 일부를 소프트웨어로 구성하여 자체 소비 전력의 감소와 구동부의 하드웨어 간소화로 원가절감을 꾀하고 있는 것이 최근의 추세이다.

상기 H/S용 BLDC 모터를 소프트웨어적으로 기동시는 마이콤(도시되지 않음.)에서 도 3과 같은 위치 검출 신호(Zero_EMF) 만으로 회전자의 회전 위치정보를 파악하여 3상 스위칭 신호인 Uin, Vin, Win 신호를 모터 구동 IC에 보낸다. 이때, 도 1은 3상 BLDC 모터의 출력 파워 트랜지스터의 구성과 BLDC 모터의 연결 관계를 간소화하여 나타낸 것이며, Uin은 1,1'을, Vin은 2,2'를, Win은 3,3'을 하이/로우/오픈(float)의 3 로직으로 온/오프 제어를 한다. 즉, 하이이면 상측의 트랜지스터만 턴온되고, 로우이면 하측의 트랜지스터만 턴온되고, 오픈되면 상하 두 트랜지스터가 모두 턴오프되어 이전 상태가 유지된다. 이러한, 1,1', 2,2', 3,3'의 온/오프 여부는 마이콤이 결정하며 모터 기동시 스위칭 조합의 알고리즘에 따라 기동의 우수성이 좌우된다.

이때, 모터의 회전을 위한 스위칭은 6개의 조합만이 사용되며 각 상의 여자 방향과 6가지 스위칭의 여자 방향이 도 2에 벡터로 표시되어 있다.

도 3은 모터의 회전시 발생하는 역기전력 및 이에 따른 zero_EMF 신호 관계를 표시한 것으로, 모터의 회전시 도 3a와 같은 3상 역기전력 신호(a,b,c)가 발생하면, 마이콤은 상기 3상 역기전력 신호(a,b,c)의 제로 크로스 위치마다 반전되는 위치검출 신호(zero_EMF)를 도 3e와 같이 만들어낸 후 이 zero_EMF 신호를 보고 도 3b,도 3c, 도 3d에서처럼 Uin, Vin, Win을 출력하는데, 6개의 스위칭 조합을 순차적으로 만들어내어 출력한다. 여기서, 위치 검출 신호 zero_EMF 는 3상 역기전력 신호인 a,b,c의 콤 레벨(com level)과의 제로 크로스점을 나타내고, 3상 역기전력 신호(a,b,c)의 파형 주기는 속도에 따라 달라진다. 그러므로, 역기전력에 관한 정보를 담고있는 상기 위치 검출 신호(zero_EMF)에서 회전자의 회전 위치 정보를 알 수 있으며, 스위칭 신호인 Uin, Vin, Win 신호를 도 3에서와 같이 모터 구동 IC에 보낸다. 예컨대, 모터의 방향이 역방향(Reverse)이면 O/L/H -〉 L/O/H -〉 L/H/O,...의 순으로, 순방향(Forward)이면 L/H/O -〉 L/O/H -〉 O/L/H,... 순으로 스위칭 신호가 조합되어 Uin, Vin, Win 신호가 발생된다.

그러나, 모터의 처음 기동 또는 모드 변환시 모터가 멈춘 후 다시 기동시에는 모터의 회로 정보를 알 수 있는 역기전력이 발생하지 않으므로, 임의의 SW1(H/L/O) 상태를 50ms정도 모터 구동 IC로 보낸 후 다시 SW6(O/L/H) 상태를 100ms 정도 보내 초기 위치를 잡고난 후 zero_EMF 신호의 하이/로우 에지에 맞춰 순차적으로 SW4,SW3,...로 스위칭을 로테이션(Rotation)한다(반시계 방향으로 회전시의 예).

따라서, 초기 위치를 잡기위해 가한 50ms, 100ms 2개의 스위칭으로 인해 모터 기동시 100ms 이상이 소요되며 이로인해 스톱(Stop), 재생(Play), 빨리감기(FF), 빨리 되감기(REW)등의 모드 변환시 모터 기동 시간이 많이 소요되었다. 또한, 모터를 완전히 정지시키는데에도 시간이 걸리고, 모터가 충분히 정지하지 않은 상태에서의 기동은 기동 실패(Fail)가 일어날 확률이 많은데 기동 실패가 발생하면 다시 처음부터 시도하여야 하므로 모터 기동 시간이 더욱 느려지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 소프트웨어적으로 스위칭을 하는 H/S용 BLDC 모터의 기동 시간을 최소화하도록 하는 모터 기동 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 모터의 기동시 완전 정지 상태가 아니더라도 정,역 기동을 실패없이 빠르게하여 모드 변환시의 기동 시간을 최소화하도록 하는 모터 기동 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 모터 기동 방법은, 모터 기동시 임의의 2 U/V/W 상(Phase)을 소정 시간 간격을 두고 셋팅하여 모터로 출력하는 제 1 단계와, 다음 U/V/W 상을 셋팅하는 제 2 단계와, 상기 제 2 단계가 수행된 후 위치검출 신호(zero_EMF)에 의해 인터럽트가 발생하면 U/V/W 상을 순차적으로 셋팅시켜 모터에 인가하는 제 3 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 위치검출 신호(zero_EMF)의 간격을 첵크하여 모터가 정상 기동이 안되면 마지막 셋팅된 상을 초기치로하여 모터를 재기동함을 특징으로 한다.

본 발명은 위치검출 신호(zero_EMF)가 소정 시간동안 발생되지 않으면 마지막 셋팅된 상을 초기치로하여 모터를 재기동함을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 BLDC 모터의 출력 파워 트랜지스터부와 모터와의 연결 관계를 간략하게 나타낸 회로도

도 2는 도 1에서 각 상의 여자 방향과 6가지 스위칭 상의 여자 방향을 자계 벡터로 표시한 도면

도 3a 내지 도 3e는 모터 회전시 발생하는 역기전력 및 이에 따른 위치검출 신호와의 관계를 표시한 파형도

도 4는 본 발명에 따른 모터 기동 방법을 수행하기 위한 흐름도

도 5는 도 4에서 위치 검출 신호에 의해 발생되는 인터럽트를 수행하기 위한 흐름도

도 6은 모터 재기동을 판별하기 위한 흐름도

도 7은 소정 시간주기마다 위치 검출 신호가 정상적인지를 첵크하는 타이머 흐름도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

401∼412, 501∼506, 601∼604, 701∼704 : 각 처리단계

zero_EMF : 위치 검출 신호

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 모터 기동 방법을 수행하기 위한 흐름도이다.

도 4를 보면, 모터 기동시에는 먼저 위치 검출 신호(zero_EMF)에 의한 인터럽트를 디제이블시킨다(단계 401). 즉, zero_EMF 신호에 의한 어떤 동작도 수행하지 않겠다는 것을 의미한다. 그리고나서, 현재 진행 방향이 순방향(Fwd)인지 역방향(Rvs)인지를 판별한다(단계 402).

상기 단계 402에서 순방향이라고 판별되면 순방향쪽으로 두 개의 U/V/W 상(Phase)을 순차적으로 셋팅하여 1msec 간격을 두고 출력한 후 다음 U/V/W 상 출력을 셋팅하고 zero_EMF 신호에 의한 인터럽트를 인에이블 시켜 인터럽트 발생을 기다린다. 즉, 제 1 U/V/W 상으로 L/O/H를 셋팅하여 출력한다면(단계 403), 1msec동안 기다린 후(단계 404), 제 2 U/V/W 상으로 O/L/H를 셋팅하여 출력한다(단계 405). 그리고, 다음 상 출력으로 H/L/O를 셋팅한 후(단계 406), zero_EMF 신호에 의한 인터럽트를 인에이블시키고(단계 407), 모터 재시작 첵크 플래그를 셋팅시킨다(단계 408).

한편, 상기 단계 402에서 역방향이라고 판별되면 마찬가지로, 역방향쪽으로 두 개의 U/V/W 상을 셋팅하여 1msec 간격을 두고 출력한 후 다음 U/V/W 상 출력을 셋팅하고 zero_EMF 신호에 의한 인터럽트를 인에이블 시켜 인터럽트 발생을 기다린다. 즉, 제 1 U/V/W 상으로 H/L/O를 셋팅하여 출력한다면(단계 409), 1 msec동안 기다린 후(단계 410), 제 2 U/V/W 상으로 O/L/H를 셋팅하여 출력한다(단계 411). 그리고, 다음 U/V/W 상 출력으로 L/O/H를 셋팅한 후(단계 412), zero_EMF 신호에 의한 인터럽트를 인에이블시키고(단계 407), 모터 재시작 첵크 플래그를 셋팅시킨다(단계 408).

상기 단계 407에서 zero_EMF 신호에 의한 인터럽트를 인에이블시켜 zero_EMF 신호에 의해 인터럽트가 발생되면 도 5의 zero_EMF 신호 인터럽트 루틴이 수행된다. 즉, zero_EMF 신호가 입력되면 zero_EMF 신호의 간격을 측정한다(단계 501). 상기 단계 501에서 측정된 zero_EMF 신호 간격이 8 msec 이상이거나 400 usec 이하이면 모터의 기동이 제대로 안되었음을 의미한다(단계 502, 503). 따라서, 연속 zero_EMF OK 비트(예컨대, 연속 zero_EMF OK 비트가 4비트라면 4비트 모두)를 클리어시킨 후 다시 zero_EMF 신호의 간격을 측정하는 과정을 수행한다(단계 506).

만일, 상기 단계 501에서 측정된 zero_EMF 신호 간격이 8 msec 보다 작고 400 usec 보다 크면 모터가 정상적으로 기동된 경우로서, 연속 zero_EMF OK 비트를 셋팅시킨 후 쉬프트시킨다(단계 504). 이와같은 과정을 정확성을 위하여 4번정도 반복 수행한다. 만일, 4번 수행한다고 가정하면 상기 단계 504가 수행되어 연속 zero_EMF OK 4 비트가 모두 1인 경우 즉, 4번 연속 모두 정상인 경우 상기 도 4의 단계 406에서 셋팅시킨 U/V/W 상 즉, H/L/O를 모터 구동 IC로 출력한다(단계 505). 그리고, 계속해서 인터럽트가 발생하면 순차적으로 U/V/W 상 출력을 셋팅하여 출력한다.

도 6은 상기 도 5의 인터럽트 루틴에서 첵크한 zero_EMF 신호 간격이 100ms 마다 연속적으로 4회이상 정상적으로 발생안하면 상기된 도 4의 모터 기동 흐름도를 다시 수행하는 재기동 작업을 위한 흐름도이다. 이때는 최초의 시작시 L/O/H -〉 1 msec 기다림 -〉 O/L/H -〉 인터럽트 발생을 기다리는 순차 진행의 루틴(순방향 진행인 경우)을 수행하지 않고 재기동을 하겠다고 판단한 시점에서 출력한 마지막 U/V/W 상을 제 1 U/V/W 상으로 셋팅하여 도 4를 순차 진행한다. 즉, 기동시 100ms마다 연속 zero_EMF OK 4비트가 정상(=1111B)이 아니면 도 4를 다시 수행하여 재기동을 하는데, 이 순간의 출력 상이 O/L/H이고 진행 방향이 순방향이면 도4의 기동 루틴은 제 1 U/V/W 상으로 O/L/H를 셋팅하여 출력 -〉 1 msec 기다림 -〉 제 2 U/V/W 상으로 H/L/O를 셋팅하여 출력 -〉 다음 U/V/W 상 출력으로 H/O/L를 셋팅 후 인터럽트를 기다림과 같이 매번 다른 상의 값을 초기치로 한다.

이를 위해, 먼저 첵크 플래그가 셋트인지를 판별한다(단계 601). 상기 단계 601에서 첵크 플래그가 셋트이면 100 ms가 지나가기 전에 zero_EMF 신호가 입력된 경우로서, 연속 zero_EMF OK 4비트가 모두 셋트되어 있는지를 첵크한다(단계 602). 상기 단계 601에서 첵크 플래그가 리셋되어 있거나 상기 단계 602에서 연속 zero_EMF OK 4비트가 모두 셋트되어 있는 경우에는 모터 재기동 비트가 셋트되어 있는지를 판별한다(단계 603). 상기 단계 603에서 모터 재기동 비트가 리셋되어 있으면 정상적인 경우로서, 인터럽트가 발생하면 순차적으로 U/V/W 상을 셋팅하여 출력한다. 즉, 연속 zero_EMF OK 4비트가 모두 셋트되어 있고 모터 재기동 비트가 리셋되어 있으면 모터의 기동이 정상적으로 이루어진 것을 의미한다.

한편, 상기 단계 602에서 연속 zero_EMF OK 4비트가 모두 셋트되어 있지 않거나 상기 단계 603에서 모터 재기동 비트가 셋트되어 있으면 모터의 기동이 제대로 이루어지지 않은 것을 의미하므로 상기된 도 4를 다시 수행하여 모터를 재기동시킨다(단계 604). 이때, 마지막 출력 상이 O/L/H이고 진행 방향이 순방향이면 도 4에서 제 1 U/V/W 상으로 O/L/H를 셋팅하여 출력(단계 403) -〉 1 msec 기다림(단계 404) -〉 제 2 U/V/W 상으로 H/L/O를 셋팅하여 출력(단계 405) -〉 다음 U/V/W 상 출력으로 H/O/L를 셋팅(단계 406) -〉 인터럽트를 기다리는단계 407) 과정이 수행된다.

도 7은 50ms마다 모터의 정지 여부, 100ms마다 정상회전 여부를 첵크하여 위하여 5 msec 간격마다 수행되는 타이머 흐름도로서, 연속 zero_EMF OK 4비트가 100ms 동안 정상(=1111B)인지 아닌지를 첵크하여(단계 701), 정상이 아니면 50 msec 안에서 zero_EMF 신호가 발생하였는지를 첵크한다(단계 702). 상기 단계 701에서 연속 zero_EMF OK 4비트가 100ms 내에서 정상이 아니고 단계 702에서 zero_EMF 신호가 50 msec 동안 입력되지 않으면 모터를 재기동하기 위하여 모터 시작 비트를 셋트시킨다(단계 703). 상기 단계 701에서 연속 zero_EMF OK 4비트가 100ms 내에서 정상이면 첵크 플래그를 셋트시킨다(단계 704).

이상에서와 같이 본 발명에 따른 모터 기동 방법에 의하면, 모터 기동시에 임의의 2개의 순차적인 U/V/W 상을 1 msec 간격으로 연속하여 가한 후 인터럽트가 발생하면 순차적으로 스위칭 신호를 주는데, 이때 zero_EMF 신호의 간격을 첵크하여 50msec 동안 zero_EMF 신호가 발생하지 않거나 100msec 동안 모터가 정상 기동에 실패하면 마지막 출력 상을 초기치로하여 재기동함으로써, 초기 위치를 잡기위한 지연 시간 없이 바로 모터를 기동하므로 모터 기동시 지연 시간이 거의 없어 모터 기동이 빨라진다. 또한, 완전 정지 상태가 아니더라도 정,역 기동이 실패없이 빠르게 수행되므로 모터를 완전히 정지시키는데 걸리는 시간을 절약할 수 있고 스톱 ↔ 기동을 반복하는 모드 전환 구간에서 지연시간을 최소화할 수 있다.

Claims (3)

1. 모터 기동시 임의의 서로 다른 2개의 U/V/W 상(Phase)을 소정 시간 간격을 두고 셋팅하여 모터로 출력하는 제 1 단계와,

   다음 U/V/W 상 출력을 셋팅하는 제 2 단계와,

   상기 제 2 단계가 수행된 후 위치검출 신호(zero_EMF)에 의해 인터럽트가 발생할 때마다 U/V/W 상을 순차적으로 셋팅시켜 모터에 인가하는 제 3 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 모터 기동 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계는

   모터 기동시 위치검출 신호(zero_EMF)에 의한 인터럽트를 디제이블시키는 단계가 구비됨을 특징으로 하는 모터 기동 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단계는

   모터의 회전 방향에 따라 소정 시간 간격을 두고 순차적으로 셋팅되어 출력되는 2개의 U/V/W 상이 달라짐을 특징으로 하는 모터 기동 방법.

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