KR100259019B1 - Sensorless bldc motor control method - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A sensorless BLDC(Brushless DC) motor control method is provided to be capable of driving same loads with low voltage(low current) by controlling a motor through setting a switching mode so that the electricity angle controlled forms 30 degree in a start interval before the position of a rotor is verified. CONSTITUTION: First, a switching mode set in accordance with the speed profile in a motor start process is set so that the electricity angle of the switching mode forms 30 degree. Then, in the switching mode, in accordance with a case that only two phases are driven and a case that all the three phases are driven, a constant ratio is generated between the dimension of phase voltage in the former case and the dimension of phase voltage in the later case.

Description

센서레스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터 구동 제어 방법.How to control sensorless BCD motor drive.

본 발명은 센서레스 BLDC(Brushless DC) 모터에 관한 것으로, 특히 기동시에 전류가 많이 흐르게 됨을 방지하고자 한 센서레스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터 구동 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensorless brushless DC (BLDC) motor, and more particularly, to a sensorless BCD motor drive control method for preventing a large amount of current from flowing during startup.

근래에 들어서 압축기(compressor)등과 같이 내부에 위치센서를 설치하기 어려운 시스템에도 BLDC 모터를 채용하는 일이 많아지고 있다. 이는 BLDC 모터가 유도 모터보다 효율이 높기 때문인데, 이러한 경우 BLDC 모터는 회전자의 위치를 검출하여 구동하는 모터이므로, 회전자 위치 검출의 문제가 발생한다.In recent years, BLDC motors are increasingly used in systems such as compressors where it is difficult to install a position sensor. This is because the BLDC motor is more efficient than the induction motor. In this case, since the BLDC motor is a motor that detects and drives the position of the rotor, a problem of rotor position detection occurs.

이에 따라 근래에는 속도가 어느정도 이상인 경우는 위치 센서의 구성없이도 회전자(rotor)의 위치를 검출할 수 있는 방법이 제안되었다.Accordingly, in recent years, a method capable of detecting the position of a rotor without the configuration of a position sensor when a speed is more than a certain degree has been proposed.

그러나 이와 같이 제안된 방법에 있어서도 회전자가 정지해있거나 모터의 속도가 낮은 경우 BLDC 모터로 부터 회전자의 위치에 관한 신뢰성있는 정보를 얻기 어렵기 때문에 대부분의 경우 도 2에서와 같은 스텝(step)으로 나누어 BLDC 모터를 제어하게 된다.However, even in the proposed method, it is difficult to obtain reliable information about the position of the rotor from the BLDC motor when the rotor is stopped or the motor speed is low. To control the BLDC motor.

도 1은 일반적인 BLDC 모터 구동장치의 구성을 나타낸 블록도로써, 제어부(1)의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호에 따라서, 인버터부(2)의 파워 스위칭소자(A+,B+,C+,A-,B-,C-) 가 스위칭제어 되어져 각 상에 대하여 DC전원을 공급하여 BLDC 모터(3)를 구동시키게 되며,FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a general BLDC motor driving device. In accordance with a PWM (Pulse Width Modulation) control signal of the controller 1, the power switching elements A +, B +, C +, and A- of the inverter unit 2 are illustrated in FIG. , B-, C-) are switched and controlled to supply DC power to each phase to drive the BLDC motor 3,

상기 제어부(1)에서는 전압검출수단(4) 및 전류검출수단(5)으로 부터 BLDC 모터(3)로 공급되는 전압, 전류를 검출하고, 검출된 전압으로부터 회전자의 위치를 추정하여 인버터부(2)의 각 파워 스위칭소자(A+,B+,C+,A-,B-,C-)를 동작시켜, BLDC 모터(3)를 제어하게 된다.The controller 1 detects the voltage and current supplied from the voltage detecting means 4 and the current detecting means 5 to the BLDC motor 3, and estimates the position of the rotor from the detected voltage. Each of the power switching elements A +, B +, C +, A-, B-, and C- in 2) is operated to control the BLDC motor 3.

제어부(1)에서는 전류가 120°도통하는 경우(3상일 경우)에 도 3의 (b)에서와 같은 스위칭 모드(switching mode)로 각 파워 스위칭소자(A+,B+,C+,A-,B-,C-)를 온/오프 시키게 된다.In the control section 1, when the current is conducted at 120 ° (three phases), each power switching element A +, B +, C +, A-, B- in the switching mode as shown in FIG. , C-) is turned on / off.

이때, 도 3의 (a)는 A상에 흐르는 전류파형을 나타낸 것이다.At this time, Figure 3 (a) shows the current waveform flowing on the A phase.

이와 같이 각 파워 스위칭소자(A+,B+,C+,A-,B-,C-)를 동작시킴에 있어, 제어부(1)에서는 앞서 설명한 바와 같이, 도 2에서와 같은 구간별 제어과정을 갖고, BLDC 모터(3)를 구동 제어하게 되는데,As described above, in operating each of the power switching devices A +, B +, C +, A-, B-, and C-, the control unit 1 has a section-specific control process as shown in FIG. The drive control of the BLDC motor (3),

도 2에서와 같이, 제 1구간(Ⅰ)에서는 BLDC 모터(3)가 정지해있는 경우 회전자가 어떤 위치에 있는지 모르기 때문에 일정한 위치로 회전자가 올 수 있도록 한다.As shown in FIG. 2, in the first section I, when the BLDC motor 3 is stopped, the rotor may come to a constant position because the rotor does not know what position it is.

이후, 제 2구간(Ⅱ)에서는 위치 검출신호가 없이 제어부(1)에서 미리 정해진 스위칭 모드(state)로써, 미리 정한 대로 속도를 증가시키면서 BLDC 모터(3)를 제어시키게 된다.Thereafter, in the second section II, the BLDC motor 3 is controlled while the speed is increased as a predetermined switching mode in the controller 1 without a position detection signal.

이와 같은 경우 속도가 증가하는 초기에 회전자의 관성과 BLDC 모터(3)의 부하에 따라 제어부(1)에서 가정한 회전자의 위치와 실제 위치가 다르기 때문에 전류값이 커지게 된다.In this case, the current value increases because the position of the rotor assumed by the controller 1 and the actual position differ depending on the inertia of the rotor and the load of the BLDC motor 3 at an initial speed increase.

제 3구간(Ⅲ)에서는 BLDC 모터(3)의 속도가 충분히 높아져서 회전자의 위치검출신호가 입력되므로, 이를 이용하여 제어부(1)에서 BLDC 모터(3)를 제어하게 된다.In the third section III, since the speed of the BLDC motor 3 is sufficiently high and the position detection signal of the rotor is input, the control unit 1 controls the BLDC motor 3 using this.

즉, 종래에는 도 4에서와 같이, 6개의 스위칭 모드(state)를 가지고, 도 2에서와 같은 구동시 속도 프로파일(profile)로써, BLDC 모터(3)를 구동 제어하게 된다.That is, in the related art, as shown in FIG. 4, the BLDC motor 3 is driven and controlled by the six switching modes and the speed profile during driving as shown in FIG. 2.

도 5는 이와 같은 BLDC 모터(3)의 제어 과정을 나타낸 플로우챠트로써, 위치 초기화 상태 제 1구간(Ⅰ)에서는 특정 스테이트(state)로 동작시키게 되며, 초기화 상태가 아니고, 기동상태일 경우, 제 2구간(Ⅱ)에서는 기동시 예정된 속도 프로파일의 60°마다 스테이트를 변경하게 된다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a control process of the BLDC motor 3, and is operated in a specific state in the first section I of the position initialization state. In section 2, the state is changed every 60 degrees of the speed profile scheduled for startup.

한편, 기동상태가 아니고, BLDC 모터(3)가 일정속도이상으로 동작하고 있는 상태 즉, 제 3구간(Ⅲ)에서는 위치 검출신호를 기준으로 스테이트를 변화시켜 BLDC 모터(3)를 제어하게 된다.On the other hand, the BLDC motor 3 is controlled by changing the state on the basis of the position detection signal in the state where the BLDC motor 3 is operating at a constant speed or more, that is, not in the starting state.

이때, 상기 도 4에서와 같은 스위칭 모드(state)에 따라 회전자가 회전하지 못하게 되면, 탈조가 되어 BLDC 모터(3)에 아주 많은 전류가 흐르거나 아예 회전하지 않으므로, PWM 제어의 경우 듀티(duty)를 설정할때, 충분한 전류가 흐르도록 듀티를 설정하여 BLDC 모터(3)에 인가되는 전압을 설정하게 된다.In this case, when the rotor is not rotated according to the switching mode as shown in FIG. 4, since a large amount of current flows to the BLDC motor 3 or does not rotate at all, the duty is achieved in the case of PWM control. To set the voltage, the duty is set so that sufficient current flows to set the voltage applied to the BLDC motor 3.

이와 같은 종래 BLDC 모터 구동 제어 방법에 있어서는 BLDC 모터의 속도제어 프로파일이나 듀티를 설정해 주어도 부하가 많이 걸리게 되는 경우, 또는 BLDC 모터의 극(pole)수가 4극이상인 경우 두개이상의 초기화 위치를 갖고 있어서 위치초기화 스위칭 모드후에도 다른 기동 부하를 갖을 수 있는 압축기(compressor) 구동과 같은 경우는 기동을 실패할 확률이 높게 된다.In the conventional BLDC motor drive control method, if the load is excessive even when the speed control profile or duty of the BLDC motor is set, or the number of poles of the BLDC motor is 4 poles or more, the position initialization is performed by two or more initialization positions. In the case of a compressor driving that may have a different starting load even after the switching mode, the probability of starting failure is high.

특히 각 스위칭 모드가 제어해야 하는 전기각이 60°이기 때문에 상대적으로 높은 듀티를 설정하여야 하며, 이에 따라 많은 전류가 흐르게 되어 파워 스위칭소자의 정격이 높아지게 되고, 전력소비가 커지게 되는 문제점이 있다.In particular, since the electrical angle to be controlled by each switching mode is 60 °, a relatively high duty must be set. Accordingly, a large current flows, thereby increasing the rating of the power switching device and increasing power consumption.

본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 회전자의 위치가 파악되기 이전인 기동구간(제 2구간)에 있어, 제어되는 전기각이 30°로 이루어질 수 있도록 스위칭 모드가 이루어지도록 하여 모터를 제어하도록 하므로써, 저전압(저전류)로써, 같은 부하를 구동시킬 수 있도록 한 것이다.In the present invention, in order to solve the problem, in the starting section (second section) before the position of the rotor is grasped, the switching mode is made to control the motor so that the controlled electric angle is 30 °. Thus, the same load can be driven with a low voltage (low current).

도 1은 일반적인 종래 BLDC 모터의 구성을 개략적으로 보인 블럭도.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a typical conventional BLDC motor.

도 2는 종래 BLDC 모터의 구간별 제어과정을 나타낸 그래프.2 is a graph showing a control process for each section of a conventional BLDC motor.

도 3은 종래 BLDC 모터에 있어, A상 전류(a)에 따른 스위칭 스테이트(state) 변화순서(b)를 나타낸 도면.3 is a view showing a switching state change procedure (b) according to A phase current (a) in a conventional BLDC motor.

도 4는 종래 BLDC 모터에 있어, 모터의 기동구간에서 사용되는 스위칭 스테이트를 나타낸 도면.4 is a diagram showing a switching state used in a starting section of a motor in a conventional BLDC motor.

도 5는 종래 BLDC 모터의 제어 과정을 나타낸 플로우챠트.5 is a flowchart illustrating a control process of a conventional BLDC motor.

도 6은 본 발명 센서레스 BLDC 모터 구동 제어 방법에 있어, 기동구간에서 사용되는 스위칭 스테이트를 나타낸 도면.6 is a view showing a switching state used in a starting section in the sensorless BLDC motor drive control method of the present invention.

도 7은 본 발명에 있어서, 기동구간에서 변화되는 스위칭 스테이트의 상태를 나타낸 도면.7 is a view showing a state of the switching state changed in the starting section in the present invention.

도 8은 본 발명 센서레스 BLDC 모터 구동 제어 방법의 제어과정을 나타낸 플로우챠트.8 is a flow chart showing a control process of the sensorless BLDC motor drive control method of the present invention.

본 발명 센서레스 BLDC 모터 구동 제어 방법을 첨부된 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The sensorless BLDC motor driving control method of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

회전자의 위치를 일정한 위치로 이동시킬 수 있도록 하는 위치 초기화 과정과, 속도 프로파일에 따라 설정되는 소정의 스위칭 모드로써, 모터의 속도가 일정속도에 이를때까지 모터를 제어하는 모터 기동과정과, 모터의 속도가 일정속도에 다다름에 따라 회전자의 위치가 추정되면, 추정되는 회전자의 위치에 따라서, 스위칭 모드를 변화시키면서 모터를 제어하도록 하는 모터 제어과정으로 이루어지는 BLDC 모터의 제어과정에 있어서,Position initialization process to move the position of the rotor to a certain position, a predetermined switching mode set according to the speed profile, the motor starting process for controlling the motor until the speed of the motor reaches a constant speed, and the motor In the control process of a BLDC motor comprising a motor control process for controlling the motor while changing the switching mode, according to the estimated rotor position, if the position of the rotor is estimated as the speed reaches a constant speed,

상기 모터 기동과정에서 속도 프로파일에 따라 설정되는 소정의 스위칭모드는 전기각이 30°로 이루어질 수 있도록 스위칭 모드를 설정하고, 상기 스위칭 모드에 있어, 2상만을 구동하는 경우와 3상 모두를 구동하는 경우로 나누어 2상만을 구동하는 경우의 상전압의 크기와 3상 모두를 구동시키는 경우의 상전압 크기 일정 비율을 갖도록 함을 특징으로 한다.The predetermined switching mode, which is set according to the speed profile in the motor starting process, sets the switching mode so that the electric angle is 30 °, and in the switching mode, driving only two phases and three phases. It is characterized by having a ratio of the magnitude of the phase voltage when driving only two phases and the phase voltage magnitude when driving both three phases.

또한, 상기 스위칭 모드에서 2상만을 구동시키는 경우의 상전압의 크기가 3상을 도통시켜 구동하는 경우의 상전압의 크기의

Figure 1019970053223_B1_M0003
배 또는 이와 비슷한 비율로써 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 한다.In addition, the magnitude of the phase voltage when driving only two phases in the switching mode is equal to the magnitude of the phase voltage when driving with three phases conducting.
Figure 1019970053223_B1_M0003
 Characterized in that it can be made in a pear or similar ratio.

이와 같은 실행과정으로 이루어지는 본 발명 센서레스 BLDC 모터 구동 제어 방법은 종래 3상 구동 BLDC 모터에 있어 모터의 기동과정에서 설정된 6개의 스위칭모드를 12개의 스위칭 모드로 이루어지도록 하여 스위칭 모드가 변경되는 전기각이 30°로 설정되도록 하여 BLDC 모터를 제어하도록 하는 것으로,The sensorless BLDC motor drive control method of the present invention comprising such an execution process is performed in the conventional three-phase drive BLDC motor so that the six switching modes set in the starting process of the motor are made of 12 switching modes. Is set to 30 ° to control the BLDC motor,

앞서 종래기술에서 설명한 바와같이, 회전자의 초기화 과정을 거친후, 소정의 스위칭 모드(스테이트)를 가지고, 회전자의 위치가 추정될 수 있는 속도에 다다르기 전까지의 모터를 기동시키는 과정을 진행하게 된다.As described above in the prior art, after the initializing process of the rotor, and has a predetermined switching mode (state), the process of starting the motor until the position of the rotor reaches an estimated speed do.

이때, 본 발명에서는 도 7에서와 같이, [ (A+,C-), (A+,B+,C-), (B+,C-), (A-,B+,C-), (B+,A-), (A-,B+,C+), (A-,C+), (A-,B-,C+), (B-,C+), (A+,B-,C+), (A+,B-), (A+,B-,C-), (A+,C-), (A+,B+,C-) ] 12개의 스테이트를 가지고, 모터를 제어하게 된다.At this time, in the present invention, as shown in Figure 7, [(A +, C-), (A +, B +, C-), (B +, C-), (A-, B +, C-), (B +, A- ), (A-, B +, C +), (A-, C +), (A-, B-, C +), (B-, C +), (A +, B-, C +), (A +, B-) , (A +, B-, C-), (A +, C-), (A +, B +, C-)] With 12 states, the motor is controlled.

상기에서와 같이, 12개의 스테이트는 2상만을 구동시키는 경우와 3상 모두를 구동시키는 경우로 나눌 수 있다.As described above, the twelve states can be divided into a case of driving only two phases and a case of driving both three phases.

이와 같이 12개의 스테이트로 모터를 제어하게 되면 전기각 30°만 끌어당길 수 있는 힘이 있으면, 종래에서 보다 저전압(저전류)을 가지고, 같은 부하를 구동시킬 수 있다.When the motor is controlled by the 12 states as described above, if there is a force capable of attracting only 30 degrees of electric angle, the same load can be driven with a lower voltage (low current) than in the prior art.

PWM 제어에 있어서, PWM 듀티는 다음의 수학식 1로 나타낼 수 있으며, T는 PWM 주기, TON은 파워 스위칭소자를 도통시키는 시간(turn on time)이다.In the PWM control, the PWM duty can be represented by the following equation (1), where T is the PWM period and T ON is the turn on time for the power switching element to conduct.

Figure 1019970053223_B1_M0001
Figure 1019970053223_B1_M0001

상기 수학식 1에 나타낸 바와같이, PWM 듀티를 설정하여 전압을 제어하게 된다.As shown in Equation 1, the PWM duty is set to control the voltage.

이때, 상기 설정되는 스테이트의 전압이 같아야 기동전류를 최소화시킬 수 있게 되는 바, 각 스테이트의 전압이 같기 위해서 2상만을 구동시키는 경우와 3상 모두를 구동시키는 경우의 전압크기는 일정 비율을 갖게 된다.At this time, the starting current can be minimized only when the set voltages are the same, so that the voltage magnitudes of driving two phases and driving all three phases have a constant ratio in order to have the same voltage of each state. .

즉, 3상 모두를 구동시켰을 때의 상전압은 2상만을 구동시켰을 때의 상전압보다

Figure 1019970053223_B1_M0004
배 또는 이와 유사한 비율을 유지하게 되는 바,That is, the phase voltage when driving all three phases is higher than the phase voltage when driving only two phases.
Figure 1019970053223_B1_M0004
 To maintain a pear or similar ratio,

12개의 스테이트는 각각 2개가 도통하는 스테이트와 2개의 파워 스위칭소자가 도통하는 경우에 있어, 2개가 도통하는 A+ 파워 스위칭 소자와 B- 파워 스위칭 소자가 도통했을때 공간적으로 발생하는 전압의 크기는,In the 12 states, when the two conducting states and the two power switching elements conduct each other, the magnitude of the spatially generated voltage when the two conducting A + power switching elements and the B- power switching elements conduct,

Figure 1019970053223_B1_M0005
로 나타낼 수 있다.
Figure 1019970053223_B1_M0005
 It can be represented by.

또한, (A+,B-,C-)의 3개의 파워 스위칭소자가 도통했을 경우의 전압 크기는,In addition, the voltage magnitude when three power switching elements (A +, B-, C-) are conducted,

2|VA| 로 나타나게 된다. 2 | V A | Will appear.

그러나, 2상을 도통했을때의 VA+의 크기와 3상을 도통했을때의 VA+의 크기가 같게 되서는 안된다.However, the magnitude of V A + when conducting two phases and the magnitude of V A + when conducting three phases must not be equal.

따라서, 3상을 도통하는 경우의 VA+의 크기를 2상을 도통했을때의 VA+의 크기보다

Figure 1019970053223_B1_M0004
배 해주게 된다.Therefore, the magnitude of V A + when conducting three phases is larger than the magnitude of V A + when conducting two phases.
Figure 1019970053223_B1_M0004
 You will be hungry.

이는 PWM 제어를 하는 경우, 다음의 수학식 2에서와 같은 의미를 나타내게 된다.When PWM control is performed, this means the same meaning as in Equation 2 below.

Figure 1019970053223_B1_M0002
Figure 1019970053223_B1_M0002

즉, 센서없는 BLDC 모터에서 위치 검출신호 없이 기동하는 경우 정해진 속도 프로파일에서 매 30°마다 도 7에서와 같은 스위칭 스테이트를 순차적으로 바꾸어가는 것이다.In other words, when starting without a position detection signal in a sensorless BLDC motor, the switching state as shown in FIG. 7 is sequentially changed every 30 degrees in a predetermined speed profile.

또한, 상기에서와 같이 30°마다 스위칭 모드를 변경하게 될때 3상 도통의 경우의 상전압이 2상 도통의 상전압의

Figure 1019970053223_B1_M0004
배가 되도록 하여 기동전류를 최소화하도록 하는 것이다.In addition, when the switching mode is changed every 30 ° as described above, the phase voltage in the case of three-phase conduction is
Figure 1019970053223_B1_M0004
 It is to be doubled to minimize the starting current.

도 8은 상기에서와 같은 본 발명의 BLDC 모터의 제어과정을 나타낸 플로우챠트이다.8 is a flowchart illustrating a control process of the BLDC motor of the present invention as described above.

이상에서 설명한 바와 같이, 회전자의 위치검출신호가 없는 모터의 기동구간에 있어서, 매 30°마다 스위칭 모드를 변경하도록 하고, 또한 변경되는 스위칭 모드에 있어 2상 도통시와 3상도통시의 상전압이 일정비율로써, 이루어지도록 하므로써, 파워 스위칭소자의 정격을 낮추고, 기동전류를 최소화시키므로써, 효율적인 모터의 구동이 이루어질 수 있는 효과가 있다.As described above, in the starting section of the motor without the position detection signal of the rotor, the switching mode is changed every 30 degrees, and the phase voltage during two-phase conduction and three-phase conduction in the changed switching mode. By this constant ratio, by lowering the rating of the power switching element, and minimizing the starting current, there is an effect that the efficient drive of the motor can be made.

Claims (2)

회전자의 위치신호없이 속도 프로파일에 따라 설정되는 소정의 스위칭 모드로써, 모터가 일정속도에 이를때까지 모터를 제어하는 모터 기동과정을 포함하는 BLDC 모터의 제어방법에 있어서,In the control method of a BLDC motor comprising a motor starting process of controlling a motor until the motor reaches a predetermined speed as a predetermined switching mode set according to the speed profile without a position signal of the rotor, 상기 모터 기동과정에서 속도 프로파일에 따라 설정되는 소정의 스위칭모드는 전기각이 30°로 이루어질 수 있도록 스위칭 모드를 설정하고, 상기 스위칭 모드에 있어, 2상만을 구동하는 경우와 3상 모두를 구동하는 경우로 나누어 2상만을 구동하는 경우의 상전압의 크기와 3상 모두를 구동시키는 경우의 상전압 크기 일정 비율을 갖도록 함을 특징으로 하는 센서레스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터 구동 제어 방법.The predetermined switching mode, which is set according to the speed profile in the motor starting process, sets the switching mode so that the electric angle is 30 °, and in the switching mode, driving only two phases and three phases. A sensorless BCD motor drive control method characterized in that it has a ratio of the magnitude of the phase voltage when driving only two phases and the magnitude of the phase voltage when driving all three phases. 제 1항에 있어서, 상기 스위칭 모드에서 3상을 구동시키는 경우의 상전압의 크기가 2상만을 도통시켜 구동하는 경우의 상전압의 크기의
Figure 1019970053223_B1_M0004
배로써 이루어질 수 있도록 함을 특징으로 하는 센서레스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터 구동 제어 방법.The method of claim 1, wherein the magnitude of the phase voltage when the three phases are driven in the switching mode is the magnitude of the phase voltage when the two phases are driven.
Figure 1019970053223_B1_M0004
 Sensorless BCD motor drive control method characterized in that it can be made by ship.
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