KR100332806B1 - 비엘디씨 모터의 위치 검지회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비엘디씨 모터의 위치 검지회로에 관한 것으로, 종래에는 PWM 온시에만 회전자 위치 검출이 가능하므로 저속 또는 저부하의 경우 PWM 온 시간이 짧아서 위치검출이 어려워지고, 이로인해 저속 또는 저부하인 경우 PWM 주파수를 낮추어 구동시키게 되는데 이 경우 PWM 주파수가 낮아짐으로 인한 소음이 발생하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 PWM 펄스의 듀티를 체크하여 듀티가 큰 경우 PWM 온구간에 회전자의 위치를 검출하는 제1회전자 위치 검출부와, 듀티가 작은 경우 PWM 오프구간에 회전자 위치를 검출하는 제2회전자 위치 검출부를 구비하고, 상기 검출부를 통해 검출한 검출신호에 따라 비엘디씨 모터를 구동함으로써, 부하가 작거나 PWM 주파수가 낮을 때 PWM 주파수를 낮추지 않아도 되므로 PWM 주파수가 낮아짐으로 인한 소음을 방지하고, PWM 오프구간에서 위치 검출이 가능하므로 더 정밀한 제어가 가능하고, 또한 속도의 편차가 적어지도록 운전이 가능하도록 한 것이다.

Description

비엘디씨 모터의 위치 검지회로{POSITION SENSING CIRCUIT FOR BLDC MOTOR}

본 발명은 센서리스 비엘디씨(Sensorless BLDC) 모터 구동시 회전자 위치 검출에 관한 것으로, 특히 비통전 구간에도 회전자 위치를 검출할 수 있도록 하여 정밀 제어가 가능하도록 하고, PWM 주파수를 낮추어 구동하는 것을 회피하여 PWM 주파수가 낮아짐으로 인한 소음을 방지하도록 한 비엘디씨 모터의 위치 검지회로에 관한 것이다.

비엘디씨(BLDC) 모터는 효율이 높은 모터로서, 최근에 가전제품에 많이 사용되고 있다.

그러나 비엘디씨(BLDC) 모터는 유도 모터와는 달리 구동하는데 회전자의 위치신호가 있어야 한다.

보통은 위치 검출소자로서 홀 소자 또는 엔코더, 레졸버 등을 사용한다. 이와같은 소자를 사용하게 되면 구동회로의 가격이 비싸지고, 모터 제작에 있어서도 위치 검출소자를 부착하기 위한 작업을 필요로 하는 등 단점이 생기게 된다.

따라서 최근에는 위치 검출소자를 사용하지 않고, 모터 단자의 전압 또는 전류를 측정하여 회전자의 위치를 알아내는 센서리스 제어를 사용한다.

종래에는 PWM 신호가 온(ON) 되었을 때(통전 구간)만 위치신호가 검출되기 때문에 부하가 적거나 저속의 운전에서는 위치 검출이 가능하도록 하기 위해 PWM 주파수를 낮추어 운전한다.

이와같이 기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 비엘디씨(BLDC) 모터의 구동회로도로서, 이에 도시된 바와 같이, 입력되는 상용 전원을 직류전압으로 정류하는 정류부(11)와, 상기에서 정류된 직류전압을 입력받아 3상의 교류전압으로 변환시켜 비엘디씨 모터(13)로 공급하는 인버터부(12)와, 상기 비엘디씨 모터(13)로 공급되는 3상전압의 크기와 기준전압을 비교하여 모터의 회전자 위치를 검출하는 회전자 위치 검출부(14)와, 상기 인버터부(12)로 흐르는 전류량을 검출하여 과전류가 흐르면 이를 알리기 위한 전류보호 회로부(15)와, 상기 회전자 위치 검출부(14)에서 검출한 회전자 위치와 전류보호 회로부(15)에서 제공하는 정보에 따라 인버터부(12)의 전력소자를 제어하기 위한 신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터(16)와, 상기 마이크로 컴퓨터(16)에서 제공하는 제어신호에 해당하는 PWM 펄스를 생성하여 출력하는 PWM 제어부(17)와, 상기에서 제공하는 PWM 펄스에 따라 상기 인버터부(12)의 전력소자를 온 또는 오프시키기 위한 게이트 구동신호를 발생시키는 게이트 구동부(18)로 구성된다.

이와같이 구성된 종래기술에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

교류의 전압이 입력되면 정류부(11)의 정류 다이오드가 직류 전압으로 정류되고, 이 정류된 전압은 캐패시터(C)에 충전되어 6개의 전력소자로 구성된 인버터부(12)에 제공하여 3상의 교류전압으로 변환시켜 비엘디씨 모터(13)로 공급된다.

이때 상기 비엘디씨 모터(13)로 공급되는 3상 교류전원은, 도 3에 도시된 바와 같이, 구형파의 모양으로서 120도 기간만 전압이 인가됨을 알 수 있다. 이러한 전압의 파형으로서 구동하는 것을 120도 도통 방식이라고 한다.

상기 3상 교류전압을 공급받은 비엘디씨 모터(13)는 회전하게 된다.

그러면 회전자 위치 검출부(14)는 비엘디씨 모터(13)에 공급되는 3상 전압과 기준전압을 비교하여 회전자 위치를 검출하고, 그에따른 회전자 위치신호를 마이크로 컴퓨터(16)에 제공하는데, 상기 회전자 위치 검출부(14)의 동작에 대하여 도 2에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

비엘디씨 모터(13)로 공급되는 3상 전압을 두 개의 저항(R11과 R13, R21과 R23, R31과 R33)으로 분압하여 입력받은 후 캐패시터(C100-C102)를 거쳐 고조파를 제거한다.

이렇게 고조파가 제거된 전압은 비교기(OP1-OP3)의 비반전단자(+)로 입력되어 반전단자(-)로 입력되는 저항(R41,R43)에 의해 1/2Vdc의 전압 크기가 되도록 분압 되어진 신호와 비교되어져 위치 신호(Pa,Pb,Pc)로 사용된다.

이와같이 동작하는 회로에서 위치신호는 전압이 인가되지 않는 상에서 역기전력이 '0'이 되는 순간을 위치 신호로서 검출하게 된다.

이렇게 검출한 위치 신호는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같다.

도 6에 도시한 인버터부(12)에서 A상의 상단 전력소자가 PWM을 하고 있고, C상의 하단 전력소자가 온(ON)되어 있을 경우, 도 4의 (a)와 (b)는 A상과 C상의 검출전압 파형도이다.

이때 B상의 역기전력의 파형은 도 4의 (c)에서와 같이 발생된다.

하지만 모터의 단자에서 검출되는 전압은 A상과 C상의 모터 단자의 영향을 받아서 도 4의 (d)에서와 같은 파형을 나타낸다. 이 파형을 보면 PWM신호가 On인경우(통전 구간)에는 A상과 C상의 전압이 각각 Vdc와 0[V]이므로, B상의 전압은 (Vdc/2 + 역기전력)의 값이 된다.

그리고 PWM신호가 오프(off)인 경우(비통전 구간)는 A상은 프리휠링 전류에 의해 아래상의 역병렬 다이오드가 도통하게 되어 0[V]가 되고, C상의 전압 역시 0[V]이므로 B 상의 전압은 역기전력의 값이 된다. 단, 이 경우 단자 전압의 하한 값이 0[V]보다 작아지는 경우는 하단의 역병렬 다이오드가 도통되므로 하한 값은 0[V]로 제한된다.

따라서 비통전 구간인 경우 B상의 전압은 도 4의 (d)에서와 같다.

이 파형을 Vdc/2의 파형과 비교기를 통하여 비교한 결과 도 4의 (e)에서와 같은 파형을 출력하게 된다.

도 4의 (e)는 Vdc/2전압과 비교하여 출력한 경우이므로 통전 구간에 역기전력이 0보다 큰 경우에만 하이를 출력하므로, 마이크로 컴퓨터(16)에서는 통전 구간의 비교 결과가 처음으로 하이가 되는 경우가 바로 역기전력이 0이 되는 위치임을 알아서 이를 기준으로 모터의 인가전압의 상을 결정하게 된다.

그리고, 도 6에 도시한 인버터부(12)에서 A상의 하단 전력소자가 PWM을 하고 있고, C상의 상단 전력소자가 온되어 있을 경우, A상과 C상의 검출 전압 파형은 도 5의 (a)(b)에 도시한 바와 같다.

이때 B상의 역기전력의 파형은 도 5의 (c)에서와 같이 발생된다.

하지만 모터의 단자에서 검출되는 전압은 A상과 C상의 모터 단자의 영향을 받아서 도 5의 (d)에서와 같은 파형을 나타낸다. 이 파형을 보면 통전 구간에는 A상과 C상의 전압이 각각 0[V]와 Vdc[V]이므로, B상의 전압은 (Vdc/2 + 역기전력)의 값이 된다.

그리고 비통전 구간에는 A상은 프리휠링 전류에 의해 윗상의 역병렬 다이오드가 도통하게 되어 Vdc[V]가 되고, C상의 전압 역시 Vdc[V]이므로 B 상의 전압은 (Vdc + 역기전력)의 값이 된다. 단, 이 경우 단자 전압의 상한 값이 Vdc[V]보다 커지는 경우는 상단의 역병렬 다이오드가 도통되므로 상한 값은 Vdc[V]로 제한된다.

따라서 비통전 구간인 경우 B상의 전압은 도 5의 (d)에서와 같다.

이 파형을 Vdc/2의 파형과 비교기를 통하여 비교한 결과 도 5의 (e)에서와 같은 파형을 출력하게 된다.

도 5의 (e)는 Vdc/2전압과 비교하여 출력한 경우이므로 통전 구간에 역기전력이 0보다 작은 경우에만 로우(LOW)를 출력하므로, 마이크로 컴퓨터(16)에서는 통전 구간의 경우 비교 결과가 처음으로 로우가 되는 경우가 바로 역기전력이 0이 되는 위치임을 알아서 이를 기준으로 모터의 인가전압의 상을 결정하게 된다.

상기 마이크로 컴퓨터(16)에서 모터의 인가전압의 상을 결정하고, 그에따른 제어신호를 PWM 제어부(17)로 제공한다.

그러면 상기 PWM 제어부(17)는 마이크로 컴퓨터(16)에서 제공하는 제어신호에 따라 PWM 펄스를 생성하여 게이트 구동부(18)를 통해 인버터부(12)의 전력소자의 온/오프동작을 제어한다.

종래에는 통전 구간에만 위치의 검출이 가능하다.

그러나, 상기에서와 같은 종래기술에 있어서, 회전자 위치신호를 PWM 온(통전 구간)에만 검출이 가능하므로 저속 또는 저부하의 경우 PWM 온 시간이 짧아서 위치검출이 어려워지고, 이로인해 위치 검출을 잘할 수 있도록 PWM 주파수를 낮추게 되는데 이 경우 PWM 주파수가 낮아짐에 따라 PWM에 의한 전자기적 소음이 낮은 주파수로 이동하게 되어 소음이 발생하는 문제점이 있다. 또한 모터의 회전주파수가 높은 경우도 PWM 오프시간은 위치를 검출할 수 없게 됨에 따라 위치검출의 오차가 발생하고, 위치 검출로부터 속도를 구할 경우 계산의 오차가 발생하여 모터의 속도를 일정하게 제어하기 어렵게 하는 문제점이 있다.

따라서 상기에서와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 현재의 듀티(Duty)가 충분히 큰지 작은지를 확인하고, 이 확인된 듀티의 크기에 따라 제1위치 검출수단 또는 제2위치 검출수단을 통해 검출함으로써 PWM 주파수를 낮추어 구동하는 것을 피할 수 있도록 한 비엘디씨 모터의 위치 검지회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 비통전 구간에도 회전자의 위치를 검출하여 더 정밀한 제어가 가능하도록 한 비엘디씨 모터의 위치 검지회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비통전 구간에도 위치 검출이 가능하도록 하여 속도의 편차가 적어지도록 운전할 수 있도록 한 비엘디씨 모터의 위치 검지회로를 제공함에 있다.

도 1은 종래 비엘디씨(BLDC) 모터의 구동회로도.

도 2는 도 1에서, 회전자 위치 검출부의 상세 회로도.

도 3은 도 1에서, 비엘디씨 모터에 인가되는 전압의 파형도.

도 4는 도 1에서, 인버터부의 상단 PWM시 위치 검출신호 생성과정을 보여주는 동작 파형도.

도 5는 도 1에서, 하단 PWM시 위치 검출신호 생성과정을 보여주는 동작 파형도.

도 6은 도 1에서, 인버터부의 상세 구성도.

도 7은 본 발명 비엘디씨(BLDC) 모터의 위치 검지회로에 대한 블록 구성도.

도 8은 도 7에서, 제2회전자 위치 검출부의 상세 블록도.

도 9는 도 8에 대한 상세회로도.

도 10은 도 7에서, 인버터부의 상단 PWM시 위치 검출신호 생성과정을 보여주는 동작 파형도.

도 11은 도 7에서, 인버터부의 하단 PWM시 위치 검출신호 생성과정을 보여주는 동작 파형도.

도 12는 본 발명 비엘디씨 모터의 위치 검지방법에 대한 동작 흐름도.

***** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *****

10,20 : 분압기 30 : 차동 증폭기

40 : 절대치 회로부 50 : 이득 연산부

60 : 비교기 101 : 정류부

102 : 인버터부 103 : BLDC 모터

104 : 제1회전자 위치 검출부 105 : 전류 보호회로부

106 : 마이크로 컴퓨터 107 : PWM 제어부

108 : 게이트 구동부 109 : 제2회전자 위치 검출부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 120도 통전 방식에 의해 구동되는BLDC 구동장치에 있어서, 교류전압을 정류한 직류전압을 입력받아 BLDC 모터를 구동하는 3상의 전압으로 변환하는 6개의 전력소자로 구성된 인버터부와, 상기 모터의 단자전압을 검출하여 통전 구간에만 회전자 위치 검출신호를 검출하여 출력하는 제1회전자 위치 검출수단과, 상기 모터의 단자전압을 검출하여 비통전 구간에 회전자 위치신호를 검출하여 출력하는 제2회전자 위치 검출수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 발명 비엘디씨 모터의 위치 검지회로에 대한 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 교류의 전압을 직류 전압으로 정류하는 정류부(101)와, 상기 직류전압을 받아 BLDC 모터를 구동하는 3상의 전압으로 변환하는 6개의 전력소자로 구성된 인버터부(102)와, 상기 인버터부(102)에 의해 인가된 전압에 의해 회전하는 BLDC 모터(103)와, 모터의 단자 전압을 이용하여 PWM 신호가 온되었을 때 회전자의 위치를 검출하는 제1회전자 위치 검출부(104)와, 모터의 단자 전압을 이용하여 PWM 신호가 오프되었을 때 회전자의 위치를 검출하는 제2회전자 위치 검출부(109)와, 상기 제1 또는 제2회전자 위치 검출부(104)(109)을 통해 검출한 위치신호를 입력받아 상기 인버터부(102)의 전압과 위상을 제어하는 마이크로 컴퓨터(106)와, 상기 마이크로 컴퓨터(106)의 제어에 따라 인버터부(102)의 전력소자를 온 또는 오프시키기 위한 PWM 펄스를 생성하여 출력하는 PWM 제어부(107)와, 상기 PWM 제어부(107)에서 제공하는 펄스를 받아 전력소자를 제어하는 게이트 구동부(108)와, 상기 인버터부(102)로 흐르는 전류량을 검출하여 과전류가 흐르면 이를 알리기위한 전류 보호회로부(105)로 구성한다.

그리고, 상기 제2회전자 위치 검출부(109)의 회로 구성은, 도 8에 도시한 바와 같이, 모터의 단자전압을 신호 처리회로에서 처리가능한 크기의 신호로 분압하는 상전압용 분압기(10)와, Vdc의 전압을 각 모터 단자의 전압의 분압 비율을 감안하여 Vdc/2의 전압을 의미하도록 분압비를 정하여 분압하는 분압기(20)와, 상기 분압기(10)(20)에서 받은 두 전압의 차 값을 구하는 차동 증폭기(30)와, 상기 두 전압의 차 값을 받아들여 절대값을 출력하는 절대치 회로부(40)와, 상기 분압기(20)에 의해 출력된 Vdc/2의 값을 입력으로 받아들여 그 값보다 작은 값을 출력하는 이득 연산부(50)와, 상기 절대치 회로부(40)와 이득 연산부(50)의 출력을 비교하여 그 비교결과를 하이와 로우로 출력하는 비교기(60)로 구성한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용 효과에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

교류의 전압을 정류부(101)에서 받아 직류 전압으로 정류하고, 이 정류된 직류전압은 캐패시터(C)에 충전된 후 6개의 전력소자로 구성된 인버터부(102)에 제공하여 3상의 교류전압으로 변환시켜 비엘디씨 모터(103)로 공급한다.

이에따라 상기 비엘디씨 모터(103)는 회전한다.

그러면 제1회전자 위치 검출부(104)와 제2회전자 위치 검출부(109)가 비엘디씨 모터(103)에 공급되는 3상 전압과 기준전압을 비교하여 회전자 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 마이크로 컴퓨터(106)에 제공하는데, 여기서 제1회전자 위치 검출부(104)는 종래기술에서 설명한 검출부로서 PWM신호가 온되었을 경우(통전 구간)에만 회전자 위치 검출신호를 검출하고, 이 위치 검출신호를 마이크로 컴퓨터(106)로 제공한다.

이와같이 동작하는 제1회전자 위치 검출부(104)의 동작 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 제2회전자 위치 검출부(109)의 동작설명을 살펴보면 다음과 같다.

도 8과 도 9는 비엘디씨 모터(103)로 공급되는 A,B,C상의 전압중 B상의 위치 검출회로만을 그린것이다.

비엘디씨 모터(103)로 공급되는 B상의 전압은 상전압용 분압기(10)에서 두 개의 저항(R101과 R102)으로 분압된 후 연산증폭기를 통해 일정레벨로 증폭되고, Vdc전압은 분압기(20)에서 두 개의 저항(R103과 R104)으로 분압된 후 연산증폭기를 통해 일정레벨로 증폭되어 차동 증폭기(30)로 출력한다.

여기서, 분압기(20)는 Vdc의 전압을 각 모터 단자의 전압의 분압비율을 감안하여 Vdc/2의 전압을 갖도록 분압비를 정하여 분압한다.

이렇게 분압된 각각의 전압은 차동 증폭기(30)에 입력되어 차동 증폭된 후 절대치 회로부(40)로 입력되어 절대값으로 변환된 후 비교기(60)로 입력된다.

이때 이득 연산부(50)는 상기 분압기(20)의 출력을 받아 저항(R117,R118)을 통해 분압한 값 즉, Vdc/2 보다 약간 작은 값을 비교기(60)로 출력한다.

여기서, 상기 이득 연산부(50)는 상기 분압기(20)의 출력을 입력으로 받고, 이 받은 입력값에 1보다 작은 값을 곱하여 출력을 만드는 곱셈회로를 사용하거나, 입력값에서 일정값을 빼는 뺄셈기를 사용할 수도 있다.

그러면 상기 비교기(60)는 절대치 회로부(40)의 출력과 이득 연산부(50)의 출력을 비교하여 하이(High) 또는 로우(Low)를 출력하는데, 상기 절대치 회로부(40)의 출력이 이득 연산부(50)의 출력보다 클 때 하이를 출력하는데, 이 출력이 회전자 위치 검출신호가 된다.

이렇게 검출한 위치 검출신호는 도 10과 도 11에 도시한 바와 같다.

인버터부(102)에서 A상의 상단 전력소자가 PWM을 하고 있고, C상의 하단 전력소자가 온(ON)되어 있을 경우, 도 10의 (a)와 (b)는 A상과 C상의 검출전압 파형도이다.

이때 B상의 역기전력의 파형은 도 10의 (c)에서와 같이 발생된다.

하지만 모터의 단자에서 검출되는 전압은 A상과 C상의 모터 단자의 영향을 받아서 도 10의 (d)에서와 같은 파형을 나타낸다. 이 파형을 보면 PWM신호가 On인 경우(통전 구간)에는 A상과 C상의 전압이 각각 Vdc와 0[V]이므로, B상의 전압은 (Vdc/2 + 역기전력)의 값이 된다.

그리고 PWM신호가 오프(off)인 경우(비통전 구간)는 A상은 프리휠링 전류에 의해 아래상의 역병렬 다이오드가 도통하게 되어 0[V]가 되고, C상의 전압 역시 0[V]이므로 B 상의 전압은 역기전력의 값이 된다. 단, 이 경우 단자 전압의 하한 값이 0[V]보다 작아지는 경우는 하단의 역병렬 다이오드가 도통되므로 하한 값은 0[V]로 제한된다.

따라서 비통전 구간인 경우 B상의 전압은 도 10의 (d)에서와 같다.

이 파형을 도 8에 도시한 이득 연산부(50)에서 출력되는 Vdc/2의 파형과 비교기(60)를 통하여 비교해보면, PWM신호가 온되어 있을 경우에는 역기전력의 절대값이 되고, PWM신호가 오프(off)되어 있을 때에는 역기전력이 (-)의 부호를 갖는 경우는 Vdc/2, 역기전력이 (+)의 부호를 갖는 경우는 (Vdc/2 - 역기전력)의 값을 갖게 된다.

따라서 제2회전자 위치 검출부(109)의 절대치 회로부(40)에서 검출한 B상의 전압은 도 10의 (e)에 도시한 바와 같이 된다.

이와같이 검출된 신호를 노이즈를 제거할 수 있는 약간의 전압만큼 감쇄된 이득 연산부(50)의 출력과 상기 절대치 회로부(40)의 출력을 비교기(60)를 통해 비교하면 도 10의 (f)에서와 같은 위치 검출신호를 얻을 수 있다.

이 신호를 검지하기 위해서는 도 7의 마이크로 컴퓨터(106)에서 PWM신호가 오프(off)되어 있을 때 로우가 되는 시점을 검지하면 이 시간이 바로 역기전력이 0이 되는 시간이다.

따라서 상기 마이크로 컴퓨터(106)에서는 역기전력이 0이 되는 위치임을 알아서 이를 기준으로 모터의 인가전압의 상을 결정하면 된다.

그리고, 인버터부(102)에서 A상의 하단 전력소자가 PWM을 하고 있고, C상의 상단 전력소자가 온되어 있을 경우, A상과 C상의 검출 전압 파형은 도 11의 (a)(b)에 도시한 바와 같다.

이때 B상의 역기전력의 파형은 도 11의 (c)에서와 같이 발생된다.

하지만 모터의 단자에서 검출되는 전압은 A상과 C상의 모터 단자의 영향을 받아서 도 11의 (d)에서와 같은 파형을 나타낸다. 이 파형을 보면 PWM신호가 온되어 있을 때에는 A상과 C상의 전압이 각각 0[V]와 Vdc[V]이므로, B상의 전압은 (Vdc/2 + 역기전력)의 값이 된다.

그리고 PWM신호가 오프(off)되어 있을 때에는 A상은 프리휠링 전류에 의해 윗상의 역병렬 다이오드가 도통하게 되어 Vdc[V]가 되고, C상의 전압 역시 Vdc[V]이므로 B 상의 전압은 (Vdc + 역기전력)의 값이 된다. 단, 이 경우 단자 전압의 상한 값이 Vdc[V]보다 커지는 경우는 상단의 역병렬 다이오드가 도통되므로 상한 값은 Vdc[V]로 제한된다.

따라서 비통전 구간인 경우 B상의 전압은 도 11의 (d)에서와 같다.

이 파형을 도 8에 도시한 이득 연산부(50)에서 출력되는 Vdc/2의 파형과 비교기(60)를 통하여 비교해보면, PWM신호가 온되어 있을 때에는 역기전력의 절대값이 되고, PWM신호가 오프(off)되어 있을 때에는 역기전력이 (+)의 부호를 갖는 경우는 Vdc/2, 역기전력이 (-)의 부호를 갖는 경우는 (Vdc/2 - 역기전력)의 값을 갖게 된다.

따라서 제2회전자 위치 검출부(109)의 절대치 회로부(40)에서 검출한 B상의 전압은 도 11의 (e)에 도시한 바와 같이 된다.

이와같이 검출된 신호를 노이즈를 제거할 수 있는 약간의 전압만큼 감쇄된 이득 연산부(50)의 출력과 상기 절대치 회로부(40)의 출력을 비교기(60)를 통해 비교하면 도 11의 (f)에서와 같은 위치 검출신호를 얻을 수 있다.

이 신호를 검지하기 위해서는 도 7의 마이크로 컴퓨터(106)에서 PWM신호가 오프(off)되어 있을 때 로우가 되는 시점을 검지하면 이 시간이 바로 역기전력이 0이 되는 시간이다.

따라서 상기 마이크로 컴퓨터(106)에서는 역기전력이 0이 되는 위치임을 알아서 이를 기준으로 모터의 인가전압의 상을 결정하면 된다.

상기 제1회전자 위치 검출부(104)와 제2회전자 위치 검출부(109)에서 검출한 신호를 입력받아 동작하는 마이크로 컴퓨터(106)의 동작에 대하여 도 12에 의거하여 살펴보면 다음과 같다.

회전자 위치를 검출하기에 앞서 현재의 PWM 펄스의 듀티가 충분히 큰지 아니면 작은지를 체크한다.(S101)

체크한 결과, 현재의 PWM 펄스의 듀티가 충분히 크면 종래기술인 제1회전자 위치 검출부(104)를 통해 검출한 회전자 위치 검출신호를 받아들여 PWM On구간에서 위치를 검출하고(S102), 듀티가 작으면 본 발명의 기술인 제2회전자 위치 검출부(109)를 통해 검출한 회전자 위치 검출신호를 받아들여 PWM Off구간에서 위치를 검출한다.(S103)

상기에서 검출한 위치에 의해 모터의 인가되는 전압의 위상(S104)과 크기(S105) 그리고 주파수를 각각 계산하고(S106), 이에따라 인버터부(102)로 공급할 PWM 펄스를 생성하여 출력하고 다음 위치신호를 대기한다.(S107)

결국, 현재의 듀티가 작은 경우 PWM 오프기간에서 회전자의 위치를 검출하고, 현재의 듀티가 큰 경우는 PWM 온기간에서 회전자의 위치를 검출하여 사용함으로써 부하가 작거나 모터의 구동주파수가 낮을 때 PWM 주파수를 낮추어 비엘디씨 모터를 구동하는 것을 피할 수 있다.

따라서 PWM 주파수를 낮춤으로써 발생하는 PWM 소음을 없애고, PWM 오프구간에 회전자의 위치를 검출하지 못하던 것을 검출함으로써 더 정밀한 제어가 가능하고,또한 속도의편차가 적어지도록 운전할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 현재의 PWM펄스의 듀티를 체크하여 듀티가 작은 경우에는 PWM 오프기간에서 회전자의 위치를 검출하고, 듀티가 큰 경우에는 PWM 온기간에서 회전자의 위치를 검출하여 사용함으로써 부하가 작거나 PWM 주파수가 낮을 때 PWM 주파수를 낮추지 않아도 되므로 PWM 주파수가 낮아짐으로 인한 소음을 방지하고, PWM 오프구간에서 위치 검출이 가능하므로 더 정밀한 제어가 가능하고, 또한 속도의 편차가 적어지도록 운전이 가능한 효과가 있다.

Claims (5)

120도 통전 방식에 의해 구동되는 BLDC 구동장치에 있어서, 교류전압을 정류한 직류전압을 입력받아 BLDC 모터를 구동하는 3상의 전압으로 변환하는 6개의 전력소자로 구성된 인버터부와, 상기 모터의 단자전압을 검출하여 PWM신호가 온되었을 때만 회전자 위치 검출신호를 검출하여 출력하는 제1회전자 위치 검출수단과, 상기 모터의 단자전압을 검출하여 PWM신호가 오프되었을 때 회전자 위치신호를 검출하여 출력하는 제2회전자 위치 검출수단과, 상기 제1 또는 제2회전자 위치 검출수단을 통해 검출한 위치신호를 입력받아 상기 인버터부의 전압과 위상을 제어하는 마이크로 컴퓨터를 포함한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 위치 검지회로.

BLDC 모터의 단자전압을 검출하여 PWM신호 온시 제1회전자 위치 검출수단이 구동하여 회전자 위치를 검출하고, 상기 PWM 신호 오프시 제2회전자 위치 검출수단이 구동하여 검출한 회전자 위치를 마이크로 컴퓨터가 받아 인버터부의 전압과 위상을 제어하는 BLDC 구동장치에 있어서, 상기 제2회전자 위치 검출수단은 모터의 단자전압을 신호 처리회로에서 처리가능한 크기의 신호로 분압하는 상전압용 분압기와, Vdc의 전압을 각 모터 단자의 전압의 분압 비율을 감안하여 Vdc/2의 전압을 의미하도록 분압비를 정하여 분압하는 분압기와, 상기 두 분압기에서 받은 두 전압의 차 값을 구하는 차동 증폭기와, 상기 두 전압의 차 값을 받아들여 절대값을 출력하는 절대치 회로부와, 상기 분압기에 의해 출력된 Vdc/2의 값을 입력으로 받아들여 그 값보다 작은 값을 출력하는 이득 연산부와, 상기 절대치 회로부와 이득 연산부의 출력을 비교하여 절대치 회로부의 출력이 이득 연산부의 출력보다 클 때 하이를 출력하는 비교기를 포함한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 위치 검지회로.

제2항에 있어서, 이득 연산부는 1보다 작은 값을 곱하여 출력을 만드는 곱셈회로를 사용한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 위치 검지회로.

제2항에 있어서, 이득 연산부는 입력의 값에서 일정값을 빼는 뺄셈기를 사용한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 위치 검지회로.

제2항에 있어서, 마이크로 컴퓨터는 현재 듀티(DUTY)를 확인하여 PWM 듀티가 충분히 크면 제1회전자 위치 검출수단을, PWM 듀티가 작으면 제2회전자 위치 검출수단에서 검출한 회전자 위치 검출신호를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터의 위치 검지회로.