KR100282366B1 - 센서리스 비엘디씨(bldc) 모터의 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 역기전력이 일시적으로 검출되지 않은 경우의 구동방법에 관한 것이다. 본 발명은 외부 요인에 의해 역기전력이 일시적으로 검출되지 않았을 경우, 임의의 역기전력 감지신호를 발생시키므로, 모터의 탈조가 방지되는 특징이 있다. 이러한 특징을 갖기 위한 본 발명은 모터의 권선에 발생하는 역기전력을 감지하는 단계와, 역기전력이 감지되면 역기전력 감지신호를 발생시키고 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 설정하는 단계와, 예상시간에 역기전력이 감지되었는 지의 여부를 판단하는 단계와, 상기 예상시간 후, 소정의 초과시간 동안 역기전력이 감지되지 않았을 경우 임의의 역기전력 감지신호를 발생시키고 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 재설정하는 단계를 포함하여 구성되어 있다.

Description

센서리스 비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터의 구동방법

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 역기전력을 감지하지 못했을 때의 모터 구동방법에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면과 함께 본 발명이 속하는 종래의 기술에 대해 설명하도록 한다. 일반적인 센서리스 BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조는 도 1에 나타낸 것과 같다.

전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 스위칭소자구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(50)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도면미도시)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도면미도시)가 회전하게 된다. 모터의 회전자가 회전함으로써 압축기(도면미도시)가 구동된다.

모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검지부(80)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이콤(60)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이콤(60)은 모터가 정확하게 동작되도록 스위칭소자구동부(40)를 제어한다. 또, 마이콤(60)은 스위칭소자(50)로부터 전류를 검지하는 과전류검지부(70)로부터 모터에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(20)의 전압을 검지하는 전압검지부(30)로부터 마이콤에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다.

센서리스 BLDC모터의 구동에서 회전자의 위치는 역기전력 검지부(80)에서 검출된 역기전력을 이용하여 검출한다. 이 역기전력은 회전자의 회전속도에 관련있는 함수로서, 정지 또는, 저속회전 시의 역기전력을 역기전력 검지부(80)가 검출하는 것은 불가능하다. 따라서, 일반적인 센서리스 BLDC모터의 구동회로는 역기전력 검지부가 역기전력을 안정적으로 검지할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 임의로 회전시킨다.

BLDC 모터는 도 2에 도시된 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 모터는 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 구동된다. 하이(High Phase) 전압은 코일에 정전압이 인가되는 것이고, 로(Low Phase) 전압은 코일에 부전압이 인가되는 것이며, 오픈(Open Phase) 전압은 코일에 전압을 차단하는 것이다.

이 때, 모터의 회전시 각 코일에는 역기전력이 발생한다. 모터를 제어하는 마이컴은 이 역기전력이 모터의 공통점의 제로 위상과 교차할 때마다 반전되는 역기전력의 제로교차점신호(zero-EMF)를 생성하고, 이 제로교차점신호에 따라 각 코일에 전압을 인가한다. 이 제로교차점신호는 역기전력신호의 제로교차점(zero cross)을 의미하고, 그 주기는 모터의 회전속도에 따라 달라진다.

모터가 안정적으로 구동되려면, 소정의 코일에 역기전력의 제로교차점신호가 출력되었을 때, 다른 코일에 3상 전압이 정확히 인가되어야 한다. 그러므로, 역기전력의 제로교차점을 정확히 검지하는 것은 모터의 안정적인 동작을 위하여 필수적인 요소이다. 이 때, 역기전력의 제로교차점은 모터의 코일에 인가되는 오픈상(Open Phase)전압을 이용하여 검지할 수 있다. 왜냐하면, 역기전력의 제로교차점 신호는 모터의 코일에 오픈상전압이 인가될 때마다 반전되기 때문이다.

도 3는 모터의 각 코일에서 일어나는 역기전력과, 역기전력의 제로교차점신호의 파형, 및 각 코일에 인가되는 3상 전압의 파형을 나타낸 것이다.

모터를 제어하는 마이컴은 이 역기전력이 공통점의 제로 위상과 교차할 때마다 반전되는 역기전력의 제로교차점신호(zero-EMF)를 생성하고, 이 제로교차점신호에 따라 각 코일에 전압을 인가한다. 이 제로교차점신호는 역기전력신호의 제로교차점(zero cross)을 의미하고, 그 주기는 모터의 회전속도에 따라 달라진다.

그런데, 상술한 종래의 센서리스 BLDC 모터의 구동방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

만약, 마이콤 신호의 오류 혹은, 외부에서 발생된 전기적인 충격 등으로 인해 도 4에 나타낸 것과 같이 역기전력감지부가 역기전력의 감지를 실패했을 경우, 마이콤은 모터에 정상적인 신호(10, 20, 30)을 인가하지 못하고, 잘못된 신호(10', 20', 30')를 입력하여 결국에는 모터가 탈조될 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 역기전력의 감지실패에 의한 모터의 탈조현상을 방지하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 센서리스 BLDC 모터의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 도 1의 BLDC 모터에서 회전자와 권선을 도시한 도면.

도 3은 모터의 각 코일에서 일어나는 역기전력과, 역기전력의 제로교차점신호의 파형, 및 각 코일에 인가되는 3상 전압의 파형을 나타낸 도면.

도 4는 역기전력감지부가 역기전력의 감지를 실패했을 경우, 오류가 발생된 3상전압을 도시한 그래프.

도 5는 본 발명의 구동방법을 나타낸 흐름도.

도 6은 상기 도 5에 도시된 본 발명의 구동방법에 의해 발생된 역기전력 감지신호와 모터에 인가되는 3상전압을 도시한 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 역기전력의 감지 실패시점 100' : 임의의 역기전력 감지신호

본 발명은 일시적으로 역기전력을 감지하지 못했을 때, 임의로 역기전력을 감지신호를 발생시켜 모터 구동전압을 스위칭하는 것이 특징이다.

본 발명의 센서리스 BLDC 모터의 구동방법은 도 5에 나타낸 것과 같이 모터의 권선에 발생하는 역기전력을 감지하는 단계와, 역기전력 감지신호를 발생시키고(s2) 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 설정하는 단계(s4)와, 그 예상시간에 역기전력이 감지되었는 지를 판단하는 단계(s1), 그리고 예상시간에서 소정의 시간이 초과해도 역기전력이 감지되지 않았을 경우에 임의의 역기전력 감지신호를 발생시키고(s3) 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 설정하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 첨부된 도면과 함께 본 발명의 동작원리를 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명의 구동방법을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명에 의해 발생된 역기전력 감지신호와 모터에 인가되는 3상전압을 도시한 그래프이다.

먼저, 모터의 구동회로는 모터의 권선에 발생되는 역기전력을 감지한다. 구동회로가 역기전력을 감지하면, 구동회로는 역기전력 감지신호를 발생시키고(s2) 역기전력의 감지 추세를 가름하여 역기전력의 감지시간을 예측하여 설정(s4)한다.

구동회로에서 설정된 예상시간에 역기전력이 감지되었는 지의 여부(s1)를 구동회로 중, 마이콤이 판단한다. 그 예상시간이 지나도 역기전력이 감지되지 않으면, 도 6에 나타낸 것과 같이 구동회로는 임의로 역기전력 감지신호를 발생시키고(s3), 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 재설정한다. 이 때, 임의의 역기전력 감지신호의 발생시점은 기설정된 역기전력 감지 예상시간에서 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간 이전이어야 한다.

임의의 역기전력 감지신호(100')가 발생되면, 도 6에 나타낸 것과 같이 모터의 권선에 3상전압(A상, B상, C상)이 인가되어 모터가 정상적으로 회전한다.

본 발명은 순간적인 모터의 오동작으로 인해 역기전력이 일시적으로 검출되지 않았을 경우에도 모터가 정상적으로 회전한다. 그 이유는 역기전력이 일시적으로 검출되지 않았을 때, 본 발명을 채용한 구동회로는 임의의 역기전력 감지신호를 발생시키므로, 3상전압이 모터의 권선에 제대로 인가되기 때문이다. 따라서, 본 발명은 모터에 역기전력이 일시적으로 검출되지 않더라도 모터의 정상적인 동작에는 아무런 문제가 없을 뿐만 아니라, 모터의 탈조현상이 방지되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 센서리스 BLDC 모터의 구동방법에 있어서,

   모터의 권선에 발생하는 역기전력을 감지하는 단계;

   역기전력이 감지되면 역기전력 감지신호를 발생시키고 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 설정하는 단계;

   상기 예상시간에 역기전력이 감지되었는 지의 여부를 판단하는 단계;

   상기 예상시간 후, 소정의 초과시간 동안 역기전력이 감지되지 않았을 경우 임의의 역기전력 감지신호를 발생시키고 다음 주기의 역기전력 감지 예상시간을 재설정하는 단계를 포함하여 구성된 센서리스 BLDC 모터의 구동방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 초과시간은 역기전력의 감지 주기보다 짧은 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 구동방법.