KR100288429B1 - 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법 - Google Patents

냉장고의 브러시리스 모터 제어방법 Download PDF

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Abstract

브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 2원화하여 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있도록 하는 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법에 대해 개시한다. 이러한 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법은, 냉장고의 브러시리스 모터의 속도를 감지하는 단계와; 브러시리스 모터의 속도가 소정의 제1속도 이상일 경우 소정의 제1전원전압을 인가시키는 단계와; 브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와; 운전율이 소정의 제1운전율 이하인지를 판단하는 단계와; 브러시리스 모터의 속도가 소정의 제1속도 이하일 경우 제1전원값 이하인 소정의 제2전원전압을 인가시키는 단계와; 브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와; 운전율이 제1운전율보다 높은 소정의 제2운전율 이상인지를 판단하는 단계를 포함한다. 따라서, 브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 2원화 함으로써 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

냉장고의 브러시리스 모터 제어방법.
본 발명은 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법에 관한 것으로서, 특히 브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 2원화하여 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있도록 하는 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 냉기 순환용 팬모터의 제어는, 도1을 참조하면, 전원(AC)측에 온도 조절 스위치(80)를 두고 이의 후단에 타이머(90)를 연결하여 타이머의 단자(T4)에 압축기 회로(과부하 보호장치(140), 압축기(130), 기동장치(120))와 팬모터 회로(팬모터(70), 냉동 도어스위치(50), 냉장실 도어스위치(40))를 연결하고, 냉장실 도어 스위치(40)는 전원(AC)을 고내등(60) 또는 팬모터 회로에 선택 인가되도록 연결되어 있고, 타이머(90)의 단자(T2)에는 제상 조절 스위치(150)와 제상히터(100) 및 온도 퓨우즈(110)를 통해 전원(AC)이 인가되는 구성이다.
이때 타이머(90)의 캠과 단자 동작부는 타이머 구동모터(91)에 의해 회전되도록 한 캠(미도시)과 캠의 형상에 의해 상호간 교차 접촉되도록 한 단자(T2∼T4)로 구성되었다.
따라서, 타이머(90)의 스위칭 단자(T3,T4)가 캠의 압축기 운전구간의 어느 위치에 있을 때 단자(T3)와 (T4)의 접점이 접촉되어 타이머(90)의 단자(T3,T4)가 연결되는 상태가 되므로 온도 조절스위치(80)의 온/오프에 의해서 압축기(130) 구동회로와 팬모터(70) 구동회로부가 동작된다.
한편, 단자(T4)가 캠의 제상구간에 진입하게 되면 단자(T3)가 단자(T4)로부터 떨어져 단자(T2)의 접점과 접촉하게 되므로 회로도에서 타이머(90)의 접점(T3,T2)이 연결되므로 전원(AC)은 접점(T3)에서 접점(T2), 제상 조절스위치(150)로 흐르게 되어 타임 구동모터(91)는 동작을 중지하고 제상히터(100)가 발열되어 제상이 시작된다.
이후 제상히터(100)의 발열에 의하여 주위온도가 높아져 제상 조절스위치(150)의 설정 온도치 이상이 되면 제상 조절스위치(150)가 오프되므로 타이머 구동 모터(91)가 동작하고 이에 따라 캠이 회전하여 구간이상 회전하면 단자(T2∼T3)간이 떨어지고 단자(T3∼T4)가 접촉되므로 압축기(130) 및 팬모터(70)가 운전된다.
이러한 종래의 팬모터(Cooling FAN)의 구동은 교류전원(AC)을 사용하여 일정한 속도로 운전함으로써 압축기의 구동과 연동하여 팬모터가 온/오프 제어된다.
그런데, 이러한 스위치에 의한 팬모터의 구동은 비교적 효율이 높고 속도와 위치의 제어에 적합한 성질을 구비하고 있으나, 브러시(Brush)와 커뮤테이터(Commutator)라고 하는 기계적인 스위치 기구를 구비하고 있다.
즉, 브러시와 커뮤테이터가 고속으로 마찰 접촉하고 있기 때문에 브러시가 마모되어 흑연이나 금속 가루가 생기게 되어 전기적인 장해를 일으키게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 브러시리스 모터(BLDC; Brushless motor)를 사용하게 되는데, 이러한 브러시리스 모터는 무정류자(整流子) 모터(Commutatorless)라고도 하며, 직류 모터의 브러시와 커뮤테이터를 트랜지스터나 실리콘 제어 정류기(SCR;Silicon controlled rectifier)로 치환한 모터의 의미이다.
이러한 브러시리스 모터는 냉장실 순환 팬을 제어함에 있어서, 냉장고의 고내 온도에 대응하여 2단(1,800rpm)이나 3단(2,200rpm)의 속도로 냉각팬을 ON/OFF시킴으로써 냉기를 순환하게 하여 냉각을 수행한다.
따라서, 초기 기동시나 쾌속 냉장/냉동 기능의 선택시 고속으로 팬모터를 제어하고, 일반적으로는 저속으로 팬모터를 구동하는 2단 제어를 수행한다.
그런데, 냉각팬의 ON/OFF 제어는 고내의 온도 변화에 대해 빠르게 대응할 수기 때문에, 초기 기동시 설정온도에 대응하여 온도 차이가 많이 나면 설정온도와 가깝게 되기까지 많은 시간이 걸리게 되므로 냉장고를 정온으로 유지하기가 어렵게 되는 문제점이 있다.
또한, 부하 투입으로 인해 온도 상승률이 기준치 이상일 때 온도를 정온으로 유지하기까지 팬모터가 무리하게 구동을 하게 되어 팬모터의 수명이 단축되며, 이로 인한 소음과 전력소비가 많이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 자계를 감지하는 홀센서를 이용하여 팬모터의 속도를 제어하게 되는 냉장고의 팬모터 구동방법이 있다.
이러한 종래의 냉장고의 팬모터 구동방법은, 도2를 참조하면, 홀센서(1), A상 구동부(2), A상(3), B상 구동부(4), B상(5)으로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 냉장고의 팬모터 구동방법은, 홀센서(1)의 로터위치 검출에 따라 A상(3), B상(5)을 순차적으로 여자시켜 로터(Rotor)의 회전토크(Torque)에 의해 팬모터를 구동시키게 된다.
속도 제어를 위해서 전원부(VDD)에 공급되는 전압을 제어하면 로터의 회전 토크가 변하여 회전속도(rpm)를 제어할 수 있게 된다.
즉, 마이컴(미도시)에서 팬모터 구동부(2,4)를 통하여 구동 신호를 인가시키면 BLDC모터가 구동되어 팬이 동작하게 되고, 마이컴의 PWM포트를 통해 연산된 값에 따라 팬모터에 일정한 고전압/저전압을 인가시켜 팬모터의 운전율을 제어하게 된다.
이러한 BLDC 팬모터(Cooling FAN)의 구동은 압축기의 구동과 연동하여 팬모터가 온/오프 제어되는데, 냉장고의 고내 온도에 대응하여 2단(1,800rpm)이나 3단(2,200rpm)의 속도로 냉각팬을 ON/OFF시킴으로써 냉기를 순환하게 하여 냉각을 수행한다.
따라서, 초기 기동시나 쾌속 냉장/냉동 기능의 선택시 고속으로 팬모터를 제어하고, 일반적으로는 저속으로 팬모터를 구동하는 2단 제어를 수행한다.
이러한 모터의 속도를 제어하는 방법에는 2가지가 있다.
하나는 신호파의 진폭에 따라서 펄스폭을 변화시키는 펄스폭 변조방식(PWM; Pulse Width Moduration)으로 샘플링된 값에 비례하는 폭을 가진 일정진폭의 펄스계열이 전송되도록 한다.
그런데, 이러한 방법은 모터의 저속시 토크(Torque)가 미약하여 모터가 정지하거나 재기동이 실패할 가능성이 크게 되는 문제점이 있다.
또 다른 하나는, 펄스진폭 변조방식(PAM; Pulse Amplitude Moduration)으로 샘플링된 값과 동일한 진폭을 갖는 일정폭의 펄스계열이 전송되도록 한다.
그런데, 이러한 방법은 PWM인가 전압의 종류에 따라 가격이 상승하여 선형이 아닌 다단제어에만 가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 PWM방식과 PAM방식으로 2원화하여 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있도록 하는 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 종래의 냉동냉장고 냉기 순환용 팬모터 제어회로도,
도2는 종래의 BLDC모터를 이용한 팬모터 제어회로도,
도3은 본 발명에 따른 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법의 개략적인 회로도,
도4는 본 발명을 설명하기 위한 플로우 챠트이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
200...브리지회로 300...스위치
400...브러시리스 모터 구동부 500...브러시리스 모터
C1...제1콘덴서 C2...제2콘덴서
상기 목적을 달성하는 본 발명 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법은, 냉장고의 브러시리스 모터의 속도를 감지하는 단계와;
브러시리스 모터의 속도가 소정의 제1속도 이상일 경우 소정의 제1전원전압을 인가시키는 단계와;
브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와;
운전율이 소정의 제1운전율 이하인지를 판단하는 단계와;
브러시리스 모터의 속도가 소정의 제1속도 이하일 경우 제1전원값 이하인 소정의 제2전원전압을 인가시키는 단계와;
브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와;
운전율이 제1운전율보다 높은 소정의 제2운전율 이상인지를 판단하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명에 따른 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법은, 브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 PWM방식과 PAM방식으로 2원화하여 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법은, 도3을 참조하면, 전원부(200), 브리지회로(300), 스위치(400), 브러시리스 모터 구동부(500), 브러시리스 모터(600)으로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 배전압 정류회로(Voitage doubler rectifier)는 승압용 전원 변압기를 사용하지 않고, 직류의 고전압을 얻는 정류 방식이다.
따라서, 전원부(200)로부터 인가되는 교류 전원전압의 (+)(-)각 반파마다 다른 정류기로 정류하여 생긴 직류 전압을 직렬로 합성하여 부하에서 큰 전압을 얻도록 한다.
부하가 충분히 크면 교류전압의 최대값이 제1콘덴서(C1), 제2콘덴서(C2)에 각각 충전된다.
전원전압의 (+)반파 때, 브리지회로(300)의 D1과 D3에 전류가 흘러 제1콘덴서(C1)에 전원전압이 거의 최대치로 충전된다.
또, (-)반파 때는 D2와 D4가 동작해서 제2콘덴서(C2)에 전원전압이 거의 최대치로 충전된다.
따라서, 스위치(400)가 닫혀있을 경우에는 제1콘덴서(C1), 제2콘덴서(C2)의 충전 단자전압 극성이 같으므로 출력 직류전압은 반파 정류의 약 2배로 된다.
출력 직류전압은 브러시리스 모터 구동부(500)에 의해 스위칭되어 브러시리스 모터(600)로 인가된다.
그리고, 마이컴(미도시)의 속도 제어부는 마이컴에서 감지된 인가전압과 미리 설정된 인가전압을 연산하여 지령치의 값을 설정하고, 지령치의 값에 따라 팬모터의 속도를 연산하여 팬모터 구동 신호를 출력한다.
마이컴은 속도 제어부로부터 인가된 제어신호에 따라 이를 일정 시간 간격마다 샘플링하여 샘플링된 값에 비례하는 펄스폭을 가진 일정진폭의 펄스 신호를 연산하여 출력하는 펄스폭 변조(PWM; Pulse Width Modulation)방식과, 샘플링된 값과 동일한 진폭을 갖는 일정폭의 펄스계열이 전송되도록 하는 펄스진폭 변조방식(PAM; Pulse Amplitude Moduration)을 이원화하여 브러시리스 모터(600)를 제어한다.
다음에, 상술한 구성부를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법의 제어 과정을 첨부한 도4의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 브러시리스 모터의 구동속도를 감지한다.(단계700)
다음에, 감지된 구동속도가 전원전압 변경 속도(2500rpm) 이상일 경우에는 제1전원전압을 인가시킨다.(단계710)
이어서, 현재 구동되는 모터 제어속도가 기설정된 모터의 제어 속도 이상인지를 판단하여(단계720) 이상일 경우 운전율을 감소시키고(단계730) 이하일 경우 운전율을 증가시키게 된다.(단계740)
운전율의 감소시 운전율의 듀티(DUTY)비가 40%이하일 경우(단계750) 브러시리스 모터의 속도를 감지하게 된다.
인가전압이 제1전원전압일 경우 듀티비가 40%이하에서는 브러시리스 모터의 효율 저하가 커지므로 전압을 제2전원전압으로 낮추어서 다시 100%PWM을 시행시킴으로써 가변 속도 대역을 증가시킨다.
한편, 감지된 구동속도가 전원전압 변경 속도 이하일 경우 제1전원전압 이하값인 제2전원전압을 인가시킨다.(단계760)
다음에, 현재 구동되는 모터 제어속도가 기설정된 모터의 제어 속도 이상인지를 판단하여(단계770) 이상일 경우 운전율을 감소시키고(단계780) 이하일 경우 운전율을 증가시키게 된다.(단계790)
운전율의 증가시 운전율의 듀티(DUTY)비가 95%이상일 경우(단계800) 브러시리스 모터의 속도를 감지하게 된다.
본 발명에 따른 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법은, 브러시리스 모터의 속도를 제어함에 있어서, 공급 전압을 PWM방식과 PAM방식으로 2원화하여 모터의 제어효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 냉장고의 브러시리스 모터의 속도를 감지하는 단계와,
    상기 브러시리스 모터의 속도가 소정의 제1속도 이상일 경우 소정의 제1전원전압을 인가시키는 단계와,
    상기 브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와,
    상기 운전율이 소정의 제1운전율 이하인지를 판단하는 단계와,
    상기 브러시리스 모터의 속도가 상기 소정의 제1속도 이하일 경우 상기 제1전원값 이하인 소정의 제2전원전압을 인가시키는 단계와,
    상기 브러시리스 모터의 속도에 따른 적정 운전율을 출력하는 단계와,
    상기 운전율이 상기 제1운전율보다 높은 소정의 제2운전율 이상인지를 판단하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 냉장고의 브러시리스 모터 제어방법.
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