KR100288589B1 - How to control dead time compensation of motor - Google Patents
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Abstract
모터로 인가되는 전류(i)의 방향 및 전류(i)의 크기를 검출하는 1 단계와, 상기 제 1 단계에서 검출한 전류(i)의 방향이 양수일 때, 상기 전류(i)의 크기가 데드타임 보상량 기준 값(It)보다 큰가를 비교하는 2 단계와, 상기 제 2 단계에서 i가 It보다 크면, f(i)=0라는 함수에 따라 S_신호가 인가되는 모터구동 스위치의 오프 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 3 단계와, 상기 제 2 단계에서 i가 It보다 작으면, f(i)=Td(1-(i/It))라는 보상 함수에 따라 S_신호가 인가되는 모터구동 스위치의 오프 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 4 단계와, 상기 제 1 단계에서 검출한 전류(i)의 방향이 음수일 때, 상기 전류(i)의 크기가 데드타임 보상량 기준 값(It)보다 큰가를 비교하는 5 단계와, 상기 제 5 단계에서 i가 It보다 크면, f(i)=-2Td라는 함수에 따라 S+신호가 인가되는 모터구동 스위치의 온 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 6 단계, 및 상기 제 5 단계에서 i가 It보다 작으면, f(i)=Td(1-(i/It))라는 보상 함수에 따라 S+신호가 인가되는 모터구동 스위치의 온 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 7 단계를 구비하여, 서보 드라이버나 인버터의 전압 명령과 실제로 모터에 인가되는 전압의 차이가 작아지게 함으로써, 모터에 발생하는 전류 파형의 왜곡, 소음, 발열 등의 문제를 줄일 수 있고, 우수한 저속 제어 성능을 얻을 수 있도록 하는 모터의 데드타임 보상 제어 방법에 관한 것이다.When the direction of the current i applied to the motor and the magnitude of the current i are detected and the direction of the current i detected in the first step is positive, the magnitude of the current i is dead. A two-step comparison between the time compensation amount reference value It and an off-period of the motor drive switch to which the S_ signal is applied as a function of f (i) = 0 if i is greater than It in the second step. In step 3 of applying a dead time (Td), and if i is less than It in the second step, the S_ signal is applied according to a compensation function of f (i) = Td (1- (i / It)). When the dead time Td is applied in the off period of the motor drive switch, and the direction of the current i detected in the first step is negative, the magnitude of the current i is the dead time compensation amount. A step 5 for comparing whether it is greater than the reference value It and a step i for greater than It in the fifth step, the signal of the motor drive switch to which the S + signal is applied as a function of f (i) =-2 Td. In step 6 of applying the dead time Td in the on-period, and if i is less than It in the fifth step, the S + signal is subject to a compensation function of f (i) = Td (1- (i / It)). 7 steps of applying dead time Td in the on-period of the applied motor drive switch to reduce the difference between the voltage command of the servo driver or the inverter and the voltage actually applied to the motor, thereby generating a current waveform generated in the motor. The present invention relates to a dead time compensation control method of a motor that can reduce problems such as distortion, noise, heat generation, and achieve excellent low speed control performance.
Description
본 발명은 모터의 구동을 위한 서보 드라이버나 인버터 등에 적용되는 스위칭 소자의 데드타임(Dead Time; Td) 보상에 관한 것으로서, 특히 서보 드라이버나 인버터의 전압 명령과 실제로 모터에 인가되는 전압의 차이가 작아지게 함으로써, 모터에 발생하는 전류 파형의 왜곡, 소음, 발열 등의 문제를 줄일 수 있고, 우수한 저속 제어 성능을 얻을 수 있도록 하는 모터의 데드타임 보상 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dead time (Td) compensation of a switching element applied to a servo driver or an inverter for driving a motor. In particular, the difference between the voltage command of the servo driver or the inverter and the voltage actually applied to the motor is small. The present invention relates to a dead time compensation control method of a motor that can reduce problems such as distortion, noise, and heat generation of a current waveform generated in a motor, and obtain excellent low speed control performance.
일반적으로, 모터를 구동하는 구동용 스위치 소자에서 한 쌍의 스위치 소자가 동시에 '온'되는 구간이 발생하면, 두 소자의 전류통로로 매우 큰 전류가 흐르게 되어 스위치 소자가 파괴되며, 스위치 소자가 파괴되는 현상을 막기 위해 '온/오프'되는 한 소자에 동시에 '온'되는 구간을 지연시키는 데드타임(지연시간)을 인가시켜야 된다.In general, when a section in which a pair of switch elements are 'on' at the same time in a driving switch element for driving a motor, a very large current flows through the current path of the two elements and the switch element is destroyed and the switch element is destroyed. To prevent this from happening, a dead time (delay time) must be applied to a device that is 'on / off' to simultaneously delay the 'on' section.
도 1은 종래의 데드타임 발생 및 모터 구동회로를 나타낸 도면으로서, 데드타임 발생부(10), 모터구동 스위치부(20) 및 모터(30)를 포함한다.1 is a diagram illustrating a conventional dead time generation and a motor driving circuit, and includes a dead time generating unit 10, a motor driving switch unit 20, and a motor 30.
상기 데드타임 발생부(10)는, 외부 전류제어기(미 도시)로부터 전압명령(u, v, w)을 제공받아 펄스 폭 변조를 수행하는 전압변조부(11)와, 모터로 인가되는 전류의 방향에 따라 데드타임을 산출하여 보상하는 데드타임 보상기(13)와, 상기 전압변조부(11)와 데드타임 보상기(13)로부터 제공되는 전압변조 신호와 데드타임 보상 신호를 가산하는 가산기(15)와, 상기 가산기(15)로부터 출력되는 제 1 신호(Su+) 및 상기 제 1 신호(Su+)에 2배의 데드타임(2Td)을 가산한 후 반전(19)하는 제 2 신호(Su_)를 각각 발생하는 데드타임 인가부(17)로 구성되어 있다.The dead time generator 10 receives a voltage command (u, v, w) from an external current controller (not shown) and performs a pulse width modulation on the voltage modulator 11 and the current applied to the motor. A dead time compensator 13 for calculating and compensating a dead time according to a direction, and an adder 15 for adding a voltage modulation signal and a dead time compensation signal provided from the voltage modulator 11 and the dead time compensator 13. And a second signal Su_ that adds twice the dead time 2Td to the first signal Su + and the first signal Su + output from the adder 15 and then inverts 19, respectively. It is comprised by the dead time application part 17 which generate | occur | produces.
한편, 상기 데드타임 발생부(10)와 동일한 구성으로 이루어져 있고, v/w 전압명령(v, w)에 따라 v/w 데드타임(Sv+,Sv_)(Sw+,Sw_)을 각각 발생하는 제 2 및 제 3 데드타임 발생부(10a)(10b)를 더 구비한다.On the other hand, the second configuration having the same configuration as the dead time generating unit 10, and generates the v / w dead time (Sv +, Sv_) (Sw +, Sw_) according to the v / w voltage commands (v, w) And third dead time generators 10a and 10b.
또한, 모터구동 스위치부(20)는, 소정의 전원전압이 인가되는 전류통로에 직렬로 설치되고 상기 데드타임 인가부(17)에서 출력되는 신호(Su+,Su_)에 각각 응답하는 제 1 및 제 2 스위치 소자(Q1, Q2)와, 상기 제 1 및 제 2 스위치 소자(Q1, Q2)의 전류통로에 각각 병렬 설치된 제 1 및 제 2 다이오드(D1, D2)와, 상기 제 1 및 제 2 스위치 소자(Q1,Q2)와 병렬로 설치되고 제 2 데드타임 발생부(10a)에서 출력되는 신호(Sv+,Sv_)에 각각 응답하는 제 3 및 제 4 스위치 소자(Q3, Q4)와, 상기 제 3 및 제 4 스위치 소자(Q3, Q4)의 전류통로에 각각 병렬 설치된 제 3 및 제 4 다이오드(D3, D4)와, 상기 제 1 내지 제 4 스위치 소자(Q1∼Q4)와 병렬 설치되고 제 3 데드타임 발생부(10b)에서 출력되는 신호(Sw+,Sw_)에 각각 응답하는 제 5 및 제 6 스위치 소자(Q5, Q6)와, 상기 제 5 및 제 6 스위치 소자(Q5, Q6)의 전류통로에 각각 병렬 설치된 제 5 및 제 6 다이오드(D5, D6)로 구성되어 있다.In addition, the motor driving switch unit 20 is provided in series in a current path to which a predetermined power supply voltage is applied, and the first and the second responding to the signals Su + and Su_ output from the dead time applying unit 17, respectively. First and second diodes D1 and D2 disposed in parallel in the second switch elements Q1 and Q2, the current paths of the first and second switch elements Q1 and Q2, respectively, and the first and second switches. Third and fourth switch elements Q3 and Q4 provided in parallel with the elements Q1 and Q2 and respectively responding to the signals Sv + and Sv_ output from the second dead time generator 10a, and the third And third and fourth diodes D3 and D4 disposed in parallel in the current paths of the fourth switch elements Q3 and Q4, and the third dead in parallel with the first to fourth switch elements Q1 to Q4. Currents of the fifth and sixth switch elements Q5 and Q6 and the fifth and sixth switch elements Q5 and Q6 respectively corresponding to the signals Sw + and Sw_ output from the time generator 10b. It consists of the 5th and 6th diodes D5 and D6 installed in parallel in the passage.
또한, 모터(30)는 제 1 및 제 2 스위치 소자(Q1, Q2)와 제 3 및 제 4 스위치소자(Q3, Q4)와 제 5 및 제 6 스위치 소자(Q5, Q6)의 각 출력단(Nd1, Nd2, Nd3)으로부터 각각 3상 전류(u, v, w)를 제공받아 구동하도록 구성되어 있다.In addition, the motor 30 has output terminals Nd1 of the first and second switch elements Q1 and Q2, the third and fourth switch elements Q3 and Q4, and the fifth and sixth switch elements Q5 and Q6. And Nd2 and Nd3 are configured to drive three phase currents u, v, w respectively.
도 2는 종래의 데드타임 보상방법을 나타내기 위하여 도시한 타이밍도로서, 도 1의 데드타임 발생부(10)를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.2 is a timing diagram illustrating a conventional dead time compensation method. Referring to the dead time generator 10 of FIG. 1, the timing diagram is as follows.
도 2a는 u전압명령에 따라 전압변조부(11)를 통해 출력된 신호와 데드타임 보상기(13)에서 출력된 신호를 가산(15)한 신호(Tn*)의 파형도를 나타냈고, 도 2b는 모터구동 스위치부(20)에 흐르는 전류의 부호가 양수인 경우 데드타임 인가부(17)에서 출력하는 파형도를 나타냈고, 도 2c는 모터구동 스위치부(20)에 흐르는 전류의 부호가 음수인 경우 데드타임 인가부(17)에서 출력되는 파형도를 나타냈다.FIG. 2A illustrates a waveform diagram of a signal Tn * obtained by adding 15 a signal output through the voltage modulator 11 and a signal output from the dead time compensator 13 according to a u voltage command, and FIG. 2B. Is a waveform diagram output from the dead time applying unit 17 when the sign of the current flowing through the motor drive switch unit 20 is positive, and FIG. 2C shows that the sign of the current flowing through the motor drive switch unit 20 is negative. In this case, the waveform diagram output from the dead time applying unit 17 is shown.
먼저, 전류가 모터구동 스위치부(20)에서 모터(30)로 흐를 때 그 전류의 부호를 양수라 하고, 전류가 모터(30)에서 모터구동 스위치부(20)로 흐를 때 그 전류의 부호를 음수라고 하자.First, when the current flows from the motor drive switch unit 20 to the motor 30, the sign of the current is positive, and when the current flows from the motor 30 to the motor drive switch unit 20, the sign of the current is indicated. Let's say negative.
그럼, 데드타임 보상기(13)가 모터구동 스위치부(20)의 출력단(Nd1)에서 검출한 전류(i)가 양수 방향일 때, 도 2b와 같이 모터구동 스위치부(20)의 S_신호가 인가되는 스위치(Q1, Q2)의 오프 구간에 데드타임(Td)을 설정하여 한 쌍의 스위치(Q1, Q2)를 온, 오프시킨다.Then, when the current i detected by the dead time compensator 13 at the output terminal Nd1 of the motor drive switch unit 20 is in the positive direction, the S_ signal of the motor drive switch unit 20 is The dead time Td is set in the off section of the applied switches Q1 and Q2 to turn on and off the pair of switches Q1 and Q2.
그리고, 전류 부호가 양수일 때 모터구동 스위치부(20)의 온, 오프에 따라 전류가 흐르는 방식은 도 3a와 같고, S+신호가 인가되는 스위치(Q1)가 '오프'일 때 S_신호가 인가되는 스위치(Q2)는 스위치의 전류통로가 아니라 다이오드(D2)를 통해 전류가 도통하는 것을 알 수 있다.When the current code is positive, the current flows according to the on / off state of the motor drive switch unit 20 as shown in FIG. 3A. The S_ signal is applied when the switch Q1 to which the S + signal is applied is 'off'. It can be seen that the switch Q2 conducts current through the diode D2, not the current path of the switch.
또한, 데드타임 보상기(13)가 모터구동 스위치부(20)의 출력단(Nd1)에서 검출한 전류(i)가 음수 방향일 때, 도 2b와 같이 모터구동 스위치부(20)의 S+신호가 인가되는 스위치(Q1)의 '온' 구간에 데드타임(Td)을 설정하여 한 쌍의 스위치(Q1, Q2)를 온, 오프시킨다.In addition, when the current i detected by the dead time compensator 13 at the output terminal Nd1 of the motor drive switch unit 20 is in the negative direction, the S + signal of the motor drive switch unit 20 is applied as shown in FIG. 2B. The dead time Td is set in the 'on' section of the switch Q1 to turn on and off the pair of switches Q1 and Q2.
그리고, 전류 부호가 음수일 때 모터구동 스위치부(20)의 온, 오프에 따라 전류가 흐르는 방식은 도 3b와 같고, S_신호가 인가되는 스위치(Q2)가 '오프'일 때 S+신호가 인가되는 스위치(Q1)는 스위치의 전류통로가 아니라 다이오드(D1)를 통해 전류가 도통하는 것을 알 수 있다.When the current code is negative, the current flows according to the on / off of the motor drive switch unit 20 as shown in FIG. 3B. When the switch Q2 to which the S_ signal is applied is 'off', the S + signal is generated. It can be seen that the applied switch Q1 conducts current through the diode D1, not the current path of the switch.
도 3에서 보듯이 데드타임 기간 중에는 한 쌍의 스위치(Q1, Q2)가 모두 '오프'될 때 전류의 방향에 따라 전류가 스위치(Q1, Q2)의 전류통로가 아닌 다이오드(D2)(D1)를 통해 각각 흐르고, 전류의 부호가 양수인 경우 데드타임 기간 중에는 S_가 '온'된 경우와 똑같이 전류가 흐르고, 전류의 부호가 음수인 경우에는 S+가 '온' 된 것과 같이 전류가 흐름을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, when the pair of switches Q1 and Q2 are both 'off' during the dead time period, the current is not the current path of the switches Q1 and Q2 when the pair of switches Q1 and Q2 are 'off'. Each flows through, and if the sign of the current is positive, the current flows just like in the case of S_ 'on' during the dead time period. If the sign of the current is negative, the current flows as if S + is 'on'. Can be.
따라서, 도 2에서 볼 수 있는 것과 같은 형태로 전류의 부호가 양수인 경우에는 데드타임을 S_측에 인가하고, 음수인 경우에는 S+측에 인가하면 마치 데드타임을 인가하지 않은 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.Therefore, if the sign of the current is positive in the form as shown in Fig. 2, the dead time is applied to the S_ side, and if the negative number is applied to the S + side, the effect is as if no dead time is applied. Can be.
하지만, 종래의 데드타임 보상법은 전류가 큰 경우에는 데드타임의 효과를 충분히 보상하여 문제가 발생하지 않지만, 전류의 크기가 작은 영역 특히 전류의 영점통과 영역에서는 스위치 소자의 비선형적인 특성으로 인해 보상이 잘 이루어지지 않아 전압 명령과 실제 인가전압과의 차이가 커지고, 이로 인해 전류 파형의 왜곡(THD; Total Harmonic Distortion)이 증가함에 따라 모터가 발열되고, 소음을 발생하는 문제점이 있었다.However, the conventional dead time compensation method does not cause a problem by sufficiently compensating the effect of dead time in the case of a large current, but the compensation due to the nonlinear characteristics of the switch element is small in a small current region, particularly in the zero pass region of the current. Since the difference between the voltage command and the actual applied voltage is not good, the motor generates heat and generates noise as the total harmonic distortion (THD) of the current waveform increases.
본 발명의 목적은, 전류가 작은 영역에서도 전압인가 오차를 줄여 정현파 형태의 전압을 모터에 충실히 인가함으로써, 전류 파형의 왜곡과 소음 및 발열 등의 문제를 제거할 수 있는 모터의 데드타임 보상 제어 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to reduce the voltage application error even in a small current area and to faithfully apply a sinusoidal voltage to the motor, thereby eliminating problems such as distortion of the current waveform, noise, and heat generation. To provide.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 작동 방법은, 모터로 인가되는 전류(i)의 방향 및 전류(i)의 크기를 검출하는 제 1 단계; 상기 제 1 단계에서 검출한 전류(i)의 방향이 양수일 때, 상기 전류(i)의 크기가 데드타임 보상량 기준 값(It)보다 큰가를 비교하는 제 2 단계; 상기 제 2 단계에서 i가 It보다 크면, f(i)=0라는 함수에 따라 S_신호가 인가되는 모터구동 스위치의 오프 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 제 3 단계; 상기 제 2 단계에서 i가 It보다 작으면, f(i)=Td(1-(i/It))라는 보상 함수에 따라 S_신호가 인가되는 모터구동 스위치의 오프 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 제 4 단계; 상기 제 1 단계에서 검출한 전류(i)의 방향이 음수일 때, 상기 전류(i)의 크기가 데드타임 보상량 기준 값(It)보다 큰가를 비교하는 제 5 단계; 상기 제 5 단계에서 i가 It보다 크면, f(i)=-2Td라는 함수에 따라 S+신호가 인가되는 모터구동 스위치의 온 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 제 6 단계; 및 상기 제 5 단계에서 i가 It보다 작으면, f(i)=Td(1-(i/It))라는 보상 함수에 따라 S+신호가 인가되는 모터구동 스위치의 온 기간에 데드타임(Td)을 인가하는 제 7 단계를 구비한다.In order to achieve the above object, the operating method of the present invention includes a first step of detecting a direction of a current (i) applied to a motor and a magnitude of the current (i); A second step of comparing whether the magnitude of the current i is greater than a dead time compensation amount reference value It when the direction of the current i detected in the first step is positive; A third step of applying a dead time (Td) to an off period of a motor drive switch to which an S_ signal is applied as a function of f (i) = 0 if i is greater than It in the second step; If i is smaller than It in the second step, the dead time Td in the off period of the motor drive switch to which the S_ signal is applied according to the compensation function f (i) = Td (1- (i / It)). Applying a fourth step; A fifth step of comparing whether the magnitude of the current i is greater than a dead time compensation amount reference value It when the direction of the current i detected in the first step is negative; If i is greater than It in the fifth step, applying a dead time (Td) to the on-period of the motor drive switch to which the S + signal is applied as a function of f (i) =-2Td; And when i is less than It in the fifth step, the dead time Td in the on-period of the motor drive switch to which the S + signal is applied according to a compensation function of f (i) = Td (1- (i / It)). The seventh step of applying a.
도 1은 종래의 데드타임 발생 및 모터구동 회로를 나타낸 도면이고,1 is a view showing a conventional dead time generation and motor driving circuit,
도 2는 도 1의 데드타임 보상방법을 나타내기 위하여 도시한 타이밍도이고,FIG. 2 is a timing diagram illustrating the dead time compensation method of FIG. 1.
도 3은 도 1의 전류 방향에 따른 모터구동 스위치의 동작 및 전류 흐름을 설명하기 위한 도면이고,3 is a view for explaining the operation and current flow of the motor drive switch according to the current direction of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 데드타임 발생 및 모터구동 회로를 나타낸 도면이고,4 is a view showing a dead time generation and a motor driving circuit according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 데드타임 보상 함수를 도시한 도면이고,5 is a view showing a dead time compensation function according to the present invention,
도 6은 도 4의 작동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 6 is a flowchart for explaining an operating method of FIG. 4.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10,100: 데드타임 발생부 11,110: 전압변조부10,100: dead time generator 11,110: voltage modulator
13,130: 데드타임 보상기 15,150: 제 1 가산기13,130: dead time compensator 15,150: first adder
17,170: 데드타임 인가부 18,180: 제 2 가산기17,170: dead time authorizing unit 18,180: second adder
19,190: 인버터 20,200: 모터구동 스위치부19,190: inverter 20,200: motor drive switch unit
30,300: 모터30,300: motor
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 살펴보고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 적용된 데드타임 발생 및 모터 구동회로를 나타낸 도면으로서, 데드타임 발생부(100), 모터구동 스위치부(200) 및 모터(300)를 포함한다.4 is a diagram illustrating a dead time generation and a motor driving circuit applied to the present invention, and includes a dead time generating unit 100, a motor driving switch unit 200, and a motor 300.
본 발명에 적용된 데드타임 발생부(100) 및 모터 구동회로(200)의 전체적인 구성은 도 1과 유사하며, 단지 데드타임 발생부(100)에서 데드타임 보상기(130)의 데드타임 보상 방법과 그에 따른 모터구동 스위치부(200)의 스위치 제어에 그 차이가 있다.The overall configuration of the dead time generating unit 100 and the motor driving circuit 200 applied to the present invention is similar to that of FIG. 1, and the dead time compensating method of the dead time compensator 130 in the dead time generating unit 100 and the same There is a difference in the switch control of the motor drive switch unit 200 according to the.
새로운 데드타임 보상기(130)는 모터구동 스위치부(200)의 전류의 방향 즉, i＜0 또는 i＞0만 판단하는 것이 아니라 모터구동 스위치부(200)에 흐르는 전류의 방향 및 전류의 크기를 검출하여 그에 따라 데드타임을 결정하는 전류보상 신호를 발생한다.The new dead time compensator 130 determines not only the direction of the current of the motor drive switch unit 200, i.e., i <0 or i> 0, but the direction of the current flowing through the motor drive switch unit 200 and the magnitude of the current. A current compensation signal is generated that detects and determines the dead time accordingly.
상기 데드타임 보상기(130)에서 보상량 변화의 기준이 되는 It는 모터구동 스위치부(200)의 각 스위치(Q1∼Q6)의 드레인단과 소오스 사이 또는 컬렉터단과 에미터 사이의 기생 커패시터(Cp)와 직류 링크전압(Vdc)을 구한 다음 데드타임 값(Td)을 이용하면 아래 수학식1과 같이 It를 구할 수 있다.It, which is a reference for the compensation amount change in the dead time compensator 130, is a parasitic capacitor Cp between the drain terminal and the source of each switch Q1 to Q6 of the motor drive switch unit 200, or between the collector terminal and the emitter. After obtaining the DC link voltage Vdc and using the dead time value Td, It can be obtained as in Equation 1 below.
단, Cp는 트랜지스터의 기생 커패시턴스이고, Vdc는 직류 링크전압이고, Td는 데드타임이다.Where Cp is the parasitic capacitance of the transistor, Vdc is the DC link voltage, and Td is the dead time.
도 5는 도 4에 의한 데드타임 보상함수를 나타낸 그래프로서, 전류 방향에 관계없이 전류량이 적은 일정 영역(-It＜i＜It인 영역)에서는 그 전류의 크기에 따라 데드타임 기간이 -2Td에서 0까지 선형적으로 가변함을 알 수 있다.FIG. 5 is a graph showing the dead time compensation function shown in FIG. 4, in which a dead time period is -2Td depending on the magnitude of the current in a certain area (-It <i <It) where the amount of current is small regardless of the current direction. It can be seen that it varies linearly to zero.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 방법을 도 6의 순서도를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation method of the present invention configured as described above with reference to the flow chart of FIG.
먼저, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 방향 및 전류(i)의 크기를 검출한다(S1).First, the direction of the current i applied to the motor drive switch unit 200 and the magnitude of the current i are detected (S1).
데드타임 발생부(100)의 데드타임 보상기(130)는 상기에서 검출한 전류(i)의 방향을 체크하여 전류의 방향이 모터구동 스위치부(200)의 특정 스위치에서 모터(300) 쪽으로 흐르는 양수 방향(i≥0인 영역)인가를 판단한다(S2).The dead time compensator 130 of the dead time generator 100 checks the direction of the current i detected above, so that the direction of the current flows toward the motor 300 from the specific switch of the motor driving switch unit 200. It is determined whether the direction is a region (i≥0) (S2).
상기에서 검출한 전류(i)의 방향이 양수 방향이면, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 큰(i≥It인 영역)가를 판단한다(S3). 한편, 상기 보상량 변화 기준 값(It)은 수학식1과 같이 구해진다.If the direction of the current i detected above is a positive direction, the magnitude of the current i applied to the motor drive switch unit 200 is greater than the compensation amount change reference value It (area where i≥It). Determine (S3). On the other hand, the compensation amount change reference value It is calculated as in Equation (1).
상기(S3)에서 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 크면, 데드타임 보상기(130)는 데드타임 보상 값(f(i))을 '0'으로 계산하여 상기 전압변조부(110)에서 출력되는 신호와 가산기(150)에서 가산한다(S4a).If the magnitude of the current i applied to the motor drive switch unit 200 in S3 is greater than the compensation amount change reference value It, the dead time compensator 130 may have a dead time compensation value f (i). Calculate '0' and add the signal output from the voltage modulator 110 and the adder 150 (S4a).
상기(S4a) 가산기(150)에서 가산된 데드타임 제어신호는 데드타임 인가부(170)로 출력되어, S+ 제어신호를 제공받는 모터구동 스위치부(200)의 스위치(Q1)를 상기 가산기(150)에서 출력된 제어 신호에 따라 제어하고, 모터구동 스위치부(200)의 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)는 상기 가산기(150)에서 출력된 데드타임 제어신호에 2배의 데드타임(2Td)을 가산(180)한 후 반전(190)하여 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)의 '오프' 기간에 데드타임을 인가한다(S5).The dead time control signal added by the adder 150 is output to the dead time applying unit 170, and the switch Q1 of the motor drive switch unit 200 that receives the S + control signal receives the switch Q1. The switch Q2, which is controlled according to the control signal output from the control panel and receives the S_ signal from the motor driving switch unit 200, has a dead time (2Td) of twice the dead time control signal output from the adder 150. ) Is added 180 and then inverted 190 to apply a dead time to the 'off' period of the switch Q2 receiving the S_ signal (S5).
또한, 상기(S1∼S2)에서 검출한 전류의 방향이 양수 방향이고, 모터구동 스위치부로 인가되는 전류(i) 량이 보상량 변화 기준 값(It)보다 큰가(i≥It인 영역)를 판단하는 과정(S3)에서, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 작으면, 데드타임 보상기(130)는 데드타임 보상 값(f(i))을 'Td(1-(i/It))'으로 계산하여 상기 전압변조부(110)에서 출력되는 신호와 가산기(150)에서 가산한다(S4b).Further, the direction of the current detected in S1 to S2 is a positive direction, and it is determined whether or not the amount of current i applied to the motor drive switch unit is larger than the compensation amount change reference value It (area where i≥It). In step S3, when the magnitude of the current i applied to the motor drive switch unit 200 is smaller than the compensation amount change reference value It, the dead time compensator 130 may determine the dead time compensation value f (i )) Is calculated as 'Td (1- (i / It))' and added by the adder 150 and the signal output from the voltage modulator 110 (S4b).
상기(S4b) 가산기(150)에서 가산된 데드타임 제어신호는 데드타임 인가부(170)로 출력되어, S+ 제어신호를 제공받는 모터구동 스위치부(200)의 스위치(Q1)를 상기 가산기(150)에서 출력된 Td(1-(i/It))만큼의 데드타임으로 제어하고, 모터구동 스위치부(200)의 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)는 상기 가산기(150)에서 출력된 Td(1-(i/It))데드타임 제어신호에 2배의 데드타임(2Td)을 가산(180)한 후 반전(190)하여 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)의 '오프' 기간에 데드타임을 인가한다(S5).The dead time control signal added by the adder 150 is output to the dead time applying unit 170 to switch the switch Q1 of the motor drive switch unit 200 receiving the S + control signal to the adder 150. Td (1- (i / It)) output by the dead time, and the switch Q2 receiving the S_ signal of the motor drive switch unit 200 is the Td output from the adder 150 In the 'off' period of the switch Q2 receiving the S_ signal by adding 180 times the dead time 2Td to the (1- (i / It)) dead time control signal and then inverting it 190. Apply dead time (S5).
한편, 상기(S1∼S2)에서 검출한 전류(i)의 방향이 음수 방향(i＜0)이면, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 큰가(i≤-It인 영역)를 판단한다(S6).On the other hand, if the direction of the current i detected in the above (S1 to S2) is the negative direction (i <0), the magnitude of the current (i) applied to the motor drive switch unit 200 is the compensation amount change reference value ( It is determined whether it is greater than It) (the region of i≤-It) (S6).
상기에서 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 크면, 데드타임 보상기(130)는 데드타임 보상 값(f(i))을 '-2Td'으로 계산하여 상기 전압변조부(110)에서 출력되는 신호와 가산기(150)에서 가산한다(S7a).When the magnitude of the current i applied to the motor drive switch unit 200 is greater than the compensation amount change reference value It, the dead time compensator 130 sets the dead time compensation value f (i) to −−. 2Td 'is added to the signal output from the voltage modulator 110 and the adder 150 (S7a).
상기(S7a) 가산기(150)에서 가산된 데드타임 제어신호는 데드타임 인가부(170)로 출력되어, S+ 제어신호를 제공받는 모터구동 스위치부(200)의 스위치(Q1)의 '온' 기간에 -2Td 만큼의 데드타임을 인가하여 스위치(Q1)를 제어하고, 모터구동 스위치부(200)의 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)는 상기 가산기(150)에서 출력된 -2Td 데드타임 제어신호에 다시 2배의 데드타임(2Td)을 가산(180)하여 반전(190)한 신호로 제어 받는다.The dead time control signal added by the adder 150 is output to the dead time applying unit 170, and the 'on' period of the switch Q1 of the motor drive switch unit 200 receiving the S + control signal is provided. The switch Q1 is controlled by applying a dead time of -2Td to the switch Q2, and the switch Q2 receiving the S_ signal from the motor driving switch unit 200 controls the -2Td dead time output from the adder 150. The dead time 2Td is added to the signal 180 to be controlled by the inverted signal 190.
또한, 상기(S1∼S2)에서 검출한 전류(i)의 방향이 음수 방향(i＜0)이고, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 큰가(i≤-It인 영역)를 판단하는 과정(S6)에서, 모터구동 스위치부(200)로 인가되는 전류(i)의 크기가 보상량 변화 기준 값(It)보다 작으면(i＞-It인 영역), 데드타임 보상기(130)는 데드타임 보상 값(f(i))을 'Td(1-(i/It))'으로 계산하여 상기 전압변조부(110)에서 출력되는 신호와 가산기(150)에서 가산한다(S7b).In addition, the direction of the current (i) detected in the above (S1 to S2) is the negative direction (i <0), the magnitude of the current (i) applied to the motor drive switch unit 200 is the reference value change reference value ( In the process of determining whether it is greater than It (i≤-It area) (S6), if the magnitude of the current (i) applied to the motor drive switch unit 200 is smaller than the compensation amount change reference value It ( i> −It), the dead time compensator 130 calculates the dead time compensation value f (i) as 'Td (1- (i / It))' and outputs it from the voltage modulator 110. The added signal is added by the adder 150 (S7b).
상기(S7b) 가산기(150)에서 가산된 데드타임 제어신호는 데드타임 인가부(170)로 출력되어, S+ 제어신호를 제공받는 모터구동 스위치부(200)의 스위치(Q1)의 '온' 기간에 Td(1-(i/It))만큼의 데드타임으로 스위치(Q1)를 제어하고, 모터구동 스위치부(200)의 S_신호를 제공받는 스위치(Q2)는 상기 가산기(150)에서 출력된 Td(1-(i/It)) 데드타임 제어신호에 다시 2배의 데드타임(2Td)을 가산(180)하여 반전(190)한 신호로 제어받는다(S8).The dead time control signal added by the adder 150 is output to the dead time applying unit 170, and the 'on' period of the switch Q1 of the motor drive switch unit 200 receiving the S + control signal is provided. Switch Q1 is controlled by a dead time equal to Td (1- (i / It)), and the switch Q2 receiving the S_ signal from the motor drive switch unit 200 is output from the adder 150. The second TD (1- (i / It)) dead time control signal is added to twice the dead time 2Td 180 and then controlled by the inverted signal 190 (S8).
상기와 같이 모터구동 스위치부(200)에 인가되는 전류의 방향뿐만 아니라 전류의 크기에 따라 각 스위치(Q1∼Q6)의 데드타임 기간을 다르게 설정할 수 있다.As described above, the dead time periods of the switches Q1 to Q6 may be set differently according to the magnitude of the current as well as the direction of the current applied to the motor driving switch unit 200.
상술한 바와 같이 본 발명에서는, 모터구동 스위치의 데드타임을 전류의 방향뿐만 아니라 전류의 크기도 함께 계산한 후 데드타임을 보상함으로써, 보다 정확한 전압인가가 가능하여 유도 전동기 구동용 인버터와 같이 전압인가형 제어 방식의 경우 발생 전류에 왜곡이 감소하여 고조파가 줄어들게 되므로, 소음, 발열 등의 문제가 감소하며, 저전류, 저전압 전동기의 저속 영역과 벡터 인버터나 서보 드라이버와 같은 전류제어형의 경우 정확한 전압인가를 통해 전체 제어 루우프의 밴드폭의 향상과 전류 제어 성능의 향상을 뚜렷하게 얻을 수 있다.As described above, in the present invention, the dead time of the motor drive switch is calculated together with the magnitude of the current as well as the direction of the current, and then compensated for the dead time, so that a more accurate voltage can be applied. In the case of the type control method, the harmonics are reduced by reducing the distortion in the generated current, thereby reducing problems such as noise and heat generation, and applying the correct voltage in the low speed region of the low current and low voltage motors and the current control type such as a vector inverter or a servo driver. This provides a significant improvement in bandwidth and current control of the entire control loop.
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