KR100282368B1 - 비엘디씨(bldc) 모터 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 모터에 인가되는 3상전압의 어드밴스 앵글을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 별도의 전류를 검출하는 회로의 부가 없이 PWM전압의 듀티비로서 어드밴스 앵글을 제어할 수 있는데, 모터의 목표속도와 목표속도에 도달하기 위해 모터에 인가하는 PWM전압의 적정 듀티비를 설정하는 단계와, 소정의 듀티비의 PWM전압에 의해 생성된 3상전압을 모터에 인가하여 모터를 구동하는 단계와, 3상전압에 소정의 어드밴스앵글을 설정하여 모터의 구동을 제어하는 단계와, 3상전압을 인가받은 모터의 회전속도가 목표속도에 이르렀는 지의 여부를 판단하는 단계와, 모터의 회전속도가 목표속도에 이를 때까지 모터의 속도를 증감시키는 단계와, 모터의 회전속도가 목표속도에 이르렀을 때의 PWM전압의 듀티비를 검출하는 단계와, 검출된 PWM전압의 듀티비와 적정 듀티비를 비교하는 단계와, 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 크면 어드밴스 앵글의 크기를 증가시키는 단계와, 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 작으면 어드밴스 앵글의 크기를 감소시키는 단계 그리고, 검출된 PWM전압의 듀티비와 적정듀티비가 동일하면 어드밴스앵글을 유지시키는 단계가 포함된 것이 특징이다.

Description

비엘디씨(ＢＬＤＣ) 모터 구동방법

일반적인 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.

모터에 인가되는 전압은 PWM(Pulse Width Modulation)파형으로서, 그 듀티비(Duty)가 크면 모터의 구동력이 강해지고, 듀티비가 작으면 모터의 구동력이 약해진다. 모터 구동회로는 이 PWM의 듀티비를 조절함으로써, 모터의 회전속도를 조절한다.

일반적인 BLDC 모터는 도 2에 도시된 것과 같이 역기전력(10)의 등압구간일 때, 권선에 전압을 인가하여 회전자가 회전하도록 한다. 역기전력의 상승구간과 하강구간일 때에는 권선에 전압(20)이 인가되지 않으며, 등압구간일 때에 정전압(positive voltage)과 부전압(negative voltage)이 권선에 번갈아 인가된다.

이 때, 모터에 흐르는 전류가 작으면, 문제가 발생하지 않지만, 전류가 큰 경우는 도 2에 도시된 것과 같이 BLDC 모터에 인가되는 전압의 인가시점을 앞당긴다. 즉, 모터의 회전자가 30°일 때, 인가될 3상전압이 30°보다 조금 앞선 26.5°정도에 인가되는 것이다. 이 앞당겨진 위상(a)을 어드밴스앵글(advance angle)이라고 한다. 도 2에 이러한 어드밴스앵글이 적용된 3상전압(20)이 도시되어 있다.

그런데, 종래의 BLDC 모터는 어드밴스 앵글의 제어를 위해서 모터에 흐르는 전류의 크기를 측정해야 하는 문제점이 있었다. 그 이유는 오픈(OPEN)상태에서 모터에 흐르는 전류가 지나치게 크면, 3상전압을 인가해도 전류의 증가가 지연되어 전류와 역기전력의 위상이 맞지 않는 경우가 발생하기 때문이다. 그래서, 종래의 BLDC 모터는 어드밴스앵글을 제어하기 위해서 모터에 흐르는 전류의 크기를 측정하는 보조회로가 필요했었다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전류의 크기를 측정하지 않고 어드밴스 앵글을 제어하는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 BLDC 모터의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도.

도 2는 일반적인 BLDC 모터에 인가되는 구동전압과 어드밴스 앵글을 도시한 파형도.

도 3은 본 발명의 구동방법을 도시한 흐름도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 역기전력 20 : 3상전압

30 : 어드밴스앵글이 적용된 3상전압

본 발명은 종래의 어드밴스 앵글 제어방법과 달리 전류의 크기를 검출하지 않는 것이 특징이다.

본 발명에 의한 BLDC 모터의 구동방법은 도 3에 도시된 것과 같이 모터의 목표속도와 그에 도달하기 위해 모터에 인가되는 PWM전압의 적정 듀티비를 설정하는 단계(s1)와, 소정의 듀티비를 가진 PWM 전압에 의해 생성된 3상전압을 모터에 인가하여 모터를 구동하는 단계(s2)와, 3상전압에 소정의 어드밴스앵글을 설정하여 모터의 구동을 제어하는 단계(s3)와, 3상전압에 의해 구동된 모터의 회전속도가 목표속도에 이르렀는 지의 여부를 판단하는 단계(s4)와, 모터의 회전속도가 목표속도에 이를 때까지 모터의 속도를 증감시키는 단계(s6)와, 모터의 회전속도가 목표속도에 이르면 PWM전압의 듀티비를 검출하는 단계(s5)와, 위 단계에서 검출된 PWM전압의 듀티비와 적정 듀티비를 비교하는 단계(s7)와, 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 크면 어드밴스 앵글의 크기를 증가시키는 단계(s8)와, 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 작으면 어드밴스 앵글의 크기를 감소시키는 단계(s9), 그리고 검출된 PWM전압의 듀티비와 적정듀티비가 동일하면 어드밴스앵글을 유지시키는 단계가 포함되어 구성된다.

일정한 어드밴스 앵글에서 3상전압을 인가하여 모터의 회전속도를 제어하면, 모터의 회전부하가 큰 경우, 구동전압이 높아진다. 그에 따라 모터에 인가된 전류가 증가된다. 또, 모터의 회전부하가 작은 경우, 구동전압이 낮아지고, 그에 따라 모터에 인가된 전류가 감소된다.

즉, 인가전압에 따라 전류의 크기가 변하고, 전압과 전류의 크기에 의해 모터의 부하를 검지할 수 있는 것이다. 이 때, 모터에 인가되는 전압은 PWM방식이므로, 모터에 인가되는 전압의 레벨은 PWM의 듀티비에 비례한다. 따라서, 모터에 인가되는 PWM의 듀티비에 의해 모터에 인가된 전류의 크기가 유추되는 것이다.

이러한 결과, 모터의 현재 회전속도와 그 시점에 인가된 모터의 인가전압 즉, PWM의 듀티비를 검출하고, 그 검출된 듀티비와 최적의 듀티비를 비교하여 어드밴스앵글을 조절하면 모터가 안정적으로 구동되는 것이다.

이하, 본 발명의 동작원리를 첨부된 도 3과 함께 설명하도록 한다. 도 3은 본 발명의 동작을 도시한 흐름도이다.

먼저 본 발명은 BLDC 모터의 제어방법에 있어서, 모터의 적정한 목표속도(V)를 설정한다. 그리고, 그 목표속도에 도달하기 위해 모터에 인가되는 PWM전압의 적정한 듀티비(d)를 설정한다.

그 후, 본 발명이 채용된 모터의 구동회로는 소정의 듀티비를 갖는 PWM 처리된 3상전압으로 변환하고, 그 3상전압을 모터에 인가하여 모터를 구동한다. 그리고, 3상전압에 소정의 어드밴스 앵글(a)을 설정하여 모터 구동을 제어한다. 이것은 3상전압의 인가시점을 최초 인가시점보다 앞당기는 것을 의미한다. 또, 이 때, 어드밴스 앵글의 크기는 30°이하의 값으로 설정된다.

소정의 듀티비를 갖는 PWM에 의해 생성된 3상전압을 인가받아 모터의 구동이 시작되면, 모터의 회전속도(V')가 목표속도(V)에 이르렀는 지의 여부를 판단한다. 그래서, 모터의 회전속도가 목표속도보다 느리면 모터의 속도(V')를 증가시키고, 모터의 회전속도(V')가 목표속도(V)보다 빠르면 모터의 속도를 감소시킨다. 이 때, 본 발명에 의한 모터의 구동회로는 모터의 속도를 증가시키기 위하여 PWM전압의 듀티비(d')를 증가시키고, 모터의 속도를 감소시키기 위하여 PWM전압의 듀티비를 감소시킨다.

모터의 회전속도가 목표속도에 이르면, 그 때 모터의 구동회로에 인가된 PWM전압의 듀티비(d')를 검출한다.

상술한 단계에서 검출된 PWM전압의 듀티비(d')와 기설정된 적정 듀티비(d)를 비교한다. 그 결과, PWM전압의 듀티비(d')가 적정 듀티비(d)보다 크면 어드밴스 앵글(a)의 크기를 증가시키고, PWM전압의 듀티비(d')가 적정 듀티비(d)보다 작으면 어드밴스 앵글(a)의 크기를 감소시킨다. 그리고, PWM전압의 듀티비(d')가 적정듀티비(d)와 동일하면, 모터가 안정적으로 구동되도록 본 발명에 의한 모터 구동회로는 어드밴스 앵글을 유지시킨다.

상술한 단계 결과, 본 발명은 어드밴스 앵글의 크기를 변화시킴으로써, 3상전압의 인가시점이 기 설정된 시점보다 더 앞당겨지므로, 효율이 개선되도록 모터의 구동시점을 이동하여 운전할 수 있다.

본 발명에 의한 모터 구동방법은 모터를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 왜냐하면, 어드밴스 앵글의 크기를 조절함으로써 모터의 구동부하가 제어되어 적정한 PWM의 듀티비를 유지할 수 있기 때문이다. 적정한 PWM 듀티비를 유지함으로써, 적정 수준의 구동전압과 적정량의 구동전류가 유지될 뿐만 아니라, 모터에 적정전압과 구동전류를 유지하기 위하여 어드밴스 앵글을 조절하므로, 별도의 회로가 부가되지 않는다. 게다가 어드밴스앵글을 조절하기 위하여 현재 인가된 PWM의 듀티비를 검출하므로, 별도의 전류검출회로가 필요없어 구동회로를 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. BLDC 모터의 제어방법에 있어서,

   상기 모터의 목표속도와 상기 목표속도에 도달하기 위해 모터에 인가하는 PWM전압의 적정 듀티비를 설정하는 단계;

   소정의 듀티비의 PWM전압에 의해 생성된 3상전압을 모터에 인가하여 모터를 구동하는 단계;

   상기 3상전압에 소정의 어드밴스앵글을 설정하여 모터의 구동을 제어하는 단계;

   상기 3상전압을 인가받은 모터의 회전속도가 목표속도에 이르렀는 지의 여부를 판단하는 단계;

   상기 모터의 회전속도가 목표속도에 이를 때까지 모터의 속도를 증감시키는 단계;

   상기 모터의 회전속도가 목표속도에 이르렀을 때의 PWM전압의 듀티비를 검출하는 단계;

   상기 검출된 PWM전압의 듀티비와 상기 적정 듀티비를 비교하는 단계;

   상기 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 크면 상기 어드밴스 앵글의 크기를 증가시키는 단계;

   상기 검출된 PWM전압의 듀티비가 적정듀티비보다 작으면 상기 어드밴스 앵글의 크기를 감소시키는 단계; 그리고,

   상기 검출된 PWM전압의 듀티비와 적정듀티비가 동일하면 어드밴스앵글을 유지시키는 단계가 포함된 모터의 구동방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 모터를 제어하는 단계는 상기 3상전압의 인가시점을 최초의 인가시점보다 어드밴스 앵글의 크기만큼 앞당기는 것을 특징으로 하는 모터의 구동방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 모터의 속도를 증감시키는 단계는 PWM전압의 듀티비를 증감시키는 단계인 것을 특징으로 하는 모터의 구동방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 모터의 구동을 제어하는 단계에서 상기 소정의 어드밴스 앵글의 크기는 0 내지 30°의 범위인 것을 특징으로 하는 모터의 구동방법.