KR100338010B1 - A brushless dircect current motor without sense and thereof method for diriving it - Google Patents
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Abstract
이 발명은 역기전력이 발생하지 않는 상태에서 회전자의 위치를 검출하여 모터의 구동이 안정되도록 하는 센서없는 비엘디시 모터 구동 방법을 제공한다.The present invention provides a sensorless non-ELD motor driving method that detects the position of the rotor in a state where no back EMF is generated so that the driving of the motor is stabilized.
이를 위해 이 발명의 센서없는 비엘디시 모터 구정 방법은 모터 정지시 3상 코일로 전류를 동시에 인가하여 각 코일에 자기 및 상호 인덕턴스가 발생하도록 하고, 이렇게 발생한 자기 및 상호 인덕턴스에 대한 각 코일의 전류를 검출하고, 검출한 각 코일의 전류를 서로 비교하여 소정의 비교 결과를 얻으며, 이 비교 결과로서 회전자의 위치를 검출하여 검출한 회전자의 위치에 대응하여 모터를 구동시킨다.To this end, the sensorless non-ELD motor method of the present invention applies a current to a three-phase coil at the same time when the motor stops, so that magnetic and mutual inductances are generated in each coil, and the current of each coil with respect to the generated magnetic and mutual inductances is calculated. By detecting and comparing the currents of the detected coils with each other, a predetermined comparison result is obtained. As a result of this comparison, the position of the rotor is detected and the motor is driven corresponding to the detected position of the rotor.
Description
이 발명은 비엘디시(BLDC:blushless direct current; 이하 'BLDC'라 함) 모터에 관한 것으로, 특히 센서를 사용하지 않은 비엘디시 모터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a blushless direct current (BLDC) motor, and more particularly to a non-dirty motor without a sensor.
비엘디시 모터는 일반적인 DC 모터에서 정류자(commutator) 역할을 하는 브러시(brush)를 제거하고 DC 모터의 성질은 그대로 유지되도록 고안된 것으로, 그 구성으로는 회전자, 3상 코일(U상 코일, V상 코일, W상 코일)로 이루어진 고정자, 영구 자석으로 이루어진 회전자, 그리고 위치 검출 센서를 포함한다.Bieldish motor is designed to remove the brush that acts as commutator in general DC motor and to maintain the properties of DC motor. It consists of rotor, three-phase coil (U-phase coil, V-phase) Coil, W-phase coil), rotor made of permanent magnet, and position detection sensor.
이러한 BLDC 모터는 3상 비엘디시 모터의 고정자측 코일의 각 상으로 전류를 흘려주고, 이 전류에 의해 코일에 자계가 발생하도록 하여 회전자를 회전시킨다. 이때, BLDC 모터는 회전자의 자계의 세기를 검출하고, 검출된 자계의 세기에 따라 코일의 각상에 흐르는 전류의 방향을 전환시키기 위한 스위칭 소자들을 순차적으로 온, 오프시킴으로써 회전자가 한쪽 방향으로 계속해서 회전하도록 한다.The BLDC motor rotates the rotor by flowing a current through each phase of the stator side coil of the three-phase BLD motor and causing a magnetic field to be generated by the current. At this time, the BLDC motor detects the strength of the rotor's magnetic field, and the rotor continues in one direction by sequentially turning on and off switching elements for changing the direction of the current flowing in each phase of the coil according to the detected magnetic field. Rotate
이와 같이 BLDC 모터는 브러시를 사용하지 않으므로써 직류 모터의 문제점을 해결하며, 브러시가 수행하던 회전자의 위치 검출을 회전자의 자계의 세기를 검출로서 대신하는데, 이때 자계의 세기는 위치 검출 센서 즉, 홀 센서(hall sensor), 레졸버(resolver), 포토-엔코더(photo-encoder) 등으로 검출한다. 그러나, 상기와 같은 BLDC 모터는 회전자 위치 검출을 위해 위치 검출 센서를 사용해야 하므로 모터 구동 회로의 가격이 상승하고, 구동 회로의 신뢰성이 저하되는 단점이 있다.In this way, the BLDC motor solves the problem of the DC motor by not using a brush, and replaces the position detection of the rotor, which is performed by the brush, with the intensity of the magnetic field of the rotor. , A hall sensor, a resolver, a photo-encoder, or the like. However, the BLDC motor as described above has a disadvantage in that the price of the motor driving circuit is increased and the reliability of the driving circuit is lowered because the position detection sensor must be used for the rotor position detection.
따라서, 최근에는 이러한 홀 소자와 같은 위치 검출 센서를 사용하지 않고,모터의 역기전력을 이용하여 회전의 위치를 간접적으로 검출하여 브러시없는 3상 직류 모터를 구동하기 위한 방법들이 많이 사용되고 있는 실정이다. 그러나 브러시없는 3상 직류 모터는 모터가 정지 상태에 있을 경우 모터의 역기전력을 구하는 수학식1을 통해 알수 있듯이 하기 회전자 각속도(ωr)의 값이 '0'이 되고 그에 따라 역기전력이 '0'되기 때문에 역기전력을 이용할 수 없는 문제점이 있다.Therefore, in recent years, many methods for driving a brushless three-phase DC motor by indirectly detecting the position of rotation using a back electromotive force of the motor without using a position detection sensor such as a hall element have been used. However, the brushless 3-phase DC motor has the rotor angular velocity (ωr) of '0' and the counter electromotive force is '0' according to Equation 1 which calculates the counter electromotive force of the motor when the motor is in the stopped state. Therefore, there is a problem that can not use the back electromotive force.
여기서, Ve는 역기전력 전압이고, Ke는 역기전력 상수이고, ωr은 회전자 각 속도(rad/sec)이다.Where Ve is the counter electromotive force voltage, Ke is the counter electromotive force constant, and ω r is the rotor angular velocity (rad / sec).
이러한 문제점으로 인해 모터의 역기전력을 이용하고자 하는 시스템에서는 일단 모터가 일정 속도 이상 회전을 해주어야만 시스템이 정상적으로 작동할 수 있다. 이는 모터의 회전 속도가 아주 낮을 경우에도 역기전력의 크기가 낮아 일정 회전 속도 이상을 유지해야하는 부담으로 작용한다. 그러므로 역기전력을 이용하여 브러시없는 직류 모터를 구동하는 시스템은 모터가 정지 상태에 있을 경우에 3상 인버터의 스위칭 소자를 미리 설정된 순서에 따라 모터를 조금 움직이도록 하는 방법을 채택하고 있는데, 이러한 방법은 회전자의 위치에 대한 정보가 없는 상태에서 3상 인버터를 임의로 구동하는 방식이기 때문에 모터 기동의 실패를 초래할 수 있고, 모터를 원하는 방향으로 구동시키지 못하는 경우가 발생할 수 있다.Due to this problem, in a system that wants to use the back electromotive force of the motor, the system can operate normally only when the motor rotates more than a predetermined speed. This acts as a burden to maintain a certain rotation speed because the back electromotive force is low even when the rotation speed of the motor is very low. Therefore, a system for driving a brushless DC motor using counter electromotive force adopts a method in which the switching elements of the three-phase inverter move the motor a little in a preset order when the motor is in a stopped state. Since there is no information on the position of the former, the three-phase inverter can be driven arbitrarily, which can cause the motor to fail to start and fail to drive the motor in a desired direction.
따라서, 이 발명은 상기의 문제점을 하는 것을 목적으로 하여, 모터가 일정속도 이하로 구동하거나 동작하지 않을 때 요구되는 방향으로 모터가 회전하도록 하여 역기전력이 없는 상태에서도 모터를 정확히 제어할 수 있도록 한다.Therefore, the present invention aims to solve the above problems, so that the motor can be rotated in the required direction when the motor is driven or not operated at a predetermined speed or less so that the motor can be precisely controlled even in the absence of back electromotive force.
도1은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a sensorless BCD motor according to an embodiment of the present invention.
도2a와 도2b는 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 각 부에서 출력하는 주요 출력 신호의 타이밍도이다.2A and 2B are timing diagrams of main output signals outputted from the respective parts of the sensorless BLD motor according to the embodiment of the present invention.
도3은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터를 구동하기 위한 인버터 회로의 스위칭 패턴도이다.Fig. 3 is a switching pattern diagram of an inverter circuit for driving a sensorless BCD motor according to an embodiment of the present invention.
도4는 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 3상 코일에 발생하는 인덕턴스를 시뮬레이션한 도면이다.FIG. 4 is a diagram simulating inductance occurring in a three-phase coil of a sensorless BCD motor according to an embodiment of the present invention.
도5는 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터가 역기전력 파형을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 타이밍도이다.FIG. 5 is a timing diagram in which a sensorless BCD motor detects the position of the rotor using a back EMF waveform according to an embodiment of the present invention.
도6은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 회전자 위치를 검출하기 위한 제1 시뮬레이션 도면이다.FIG. 6 is a first simulation diagram for detecting the rotor position of a sensorless BCD motor according to an embodiment of this invention.
도7은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 회전자를 검출하기 위한 제2 시뮬레이션 도면이다.FIG. 7 is a second simulation diagram for detecting the rotor of a sensorless BCD motor according to an embodiment of this invention.
도8은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 동작 순서도이다.8 is a flow chart of operation of a sensorless BLD motor in accordance with an embodiment of the present invention.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 특징에 따른 비엘디시 모터는 고정자; 회전자; 인버터부와; 정류(commutation)부를 포함한다. 상기 고정자는 120°간격으로 형성된 3상 코일로 이루어지고, 회전자는 극성이 다른 자성체로 이루어져 상기 고정자와 대치된다. 상기 인버터부는 상기 3상 코일로 인가되는 전류를 제한하여 상기 3상 코일중 해당하는 2상의 코일에 전류가 인가되도록 한다. 상기 정류부는 상기 인버터부를 제어하여 모터가 일정 속도로 회전하도록 제어한다.Bieldi motor according to a feature of the present invention for achieving the above object is a stator; Rotor; An inverter unit; It includes a commutation unit. The stator is formed of a three-phase coil formed at intervals of 120 °, and the rotor is made of magnetic material having different polarities to replace the stator. The inverter unit limits the current applied to the three-phase coil so that the current is applied to the corresponding two-phase coil of the three-phase coil. The rectifier controls the inverter to control the motor to rotate at a constant speed.
이상의 구성을 통해 이 발명의 특징에 따른 비엘디시 모터는 정속 회전시 모터의 구동이 안정적으로 수행되는데, 초기 구동시 즉 모터가 정지한 경우에는 회전자의 위치를 위치검출센서없이 검출하여 모터가 원하는 방향으로 회전하도록 유도하기 위해 3상 코일의 자기 인덕턴스(self inductance) 및 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 모터 회전자의 위치에 따라 달라짐을 이용하여 모터 정지시의 회전자의 위치를 검출한다. 즉, 코일에 전류를 인가하면 코일은 자기 인덕턴스를 발생하는데, 이때 코일 주위에 자성체가 있을 경우 코일은 자성체에 영향을 받아 자기 인덕턴스값이 변화한다. 따라서, 이 발명과 같이 3개의 코일에서는 회전자의 극성 및 위치에 따라 자기 인덕턴스가 각기 다른 값을 나타내고 이에 따라 코일간의 상호 인덕턴스가 서로 다르게 나타난다.Through the above configuration, the BLD motor according to the characteristics of the present invention is stably driven when the motor rotates at a constant speed. When the motor is stopped during initial driving, the position of the rotor is detected without a position detection sensor. The magnetic inductance and mutual inductance of the three-phase coils are varied depending on the position of the motor rotor to induce rotation in the direction to detect the position of the rotor when the motor is stopped. That is, when a current is applied to the coil, the coil generates a magnetic inductance. At this time, if there is a magnetic body around the coil, the coil is affected by the magnetic body and the magnetic inductance value changes. Accordingly, in the three coils as described above, the magnetic inductances have different values according to the polarity and position of the rotor, and thus mutual inductances between the coils are different.
따라서, 이 발명의 특징에 따른 비엘디시 모터는 상기의 원리를 이용하기 위해 정지시 3상 코일에 동시에 전류를 인가하고 상기 3상 코일을 통과한 전류를 서로 비교하며 비교한 결과를 통해 회전자의 위치 정보를 얻는다. 이때, 회전자에 근접한 위치에 있는 해당 상의 코일은 회전자의 자계에 영향을 많이 받으므로 흐르는 전류의 변화가 크고, 회전자에서 먼 위치에 있는 해당 상의 코일은 회전자의 자계에 의한 영향이 적으므로 전류의 변화가 작다. 그러므로, 상기 각 상의 전류를 비교한 결과는 2가지 상태를 나타내며, 제1 출력 상태는 로우 상태의 출력이 2개이고 하이 상태의 출력이 1개 이며, 제2 출력 상태는 로우 상태의 출력이 1개 이고 하이 상태의 출력이 2개 이다. 이러한 출력 상태로 이 발명의 특징에 따른 비엘디시 모터는 회전자의 위치를 검출한다.Therefore, in order to use the above principle, the BLD motor according to the characteristics of the present invention applies the current to the three-phase coil at the same time when stopped and compares the current passing through the three-phase coil with each other. Get location information. At this time, the coil of the phase in the position close to the rotor is affected by the magnetic field of the rotor, so the change of current flows large, and the coil of the phase in the position far from the rotor is less affected by the magnetic field of the rotor. Therefore, the change in current is small. Therefore, the result of comparing the currents of the respective phases shows two states, the first output state has two outputs in the low state and one output in the high state, and the outputs of the low state have one output in the low state. And two high outputs. In this output state, the Bildish motor according to this aspect of the invention detects the position of the rotor.
한편, 이 발명의 특징에 따른 비엘디시 모터는 좀더 정확한 회전자의 위치 정보를 얻고자 상기 제1 내지 제3 출력 상태간의 차이가 큰 구간을 회전자의 위치 검출 구간을 한다. 이를 위해 이 발명은 마스킹 수단을 더 포함한다.Meanwhile, in order to obtain more accurate position information of the rotor, the BLD motor according to the aspect of the present invention performs a position detection section of the rotor in a section having a large difference between the first to third output states. To this end the invention further comprises masking means.
그러므로, 이 발명의 제1특징에 따른 센서없는 비엘디시 모터는,Therefore, the sensorless BELDI motor according to the first aspect of the invention
순차적으로 배열된 마그네틱 폴을 가지는 회전자와 3상 코일로 이루어진 고정자를 포함하는 모터부; 일정 시간동안 구동 시작 신호를 인가하는 스타트업부; 상기 스타트업부의 구동 시작 신호에 따라 턴 온하여 제1 신호를 출력하고 상기 모터부에 발생하는 역기전력이 일정 레벨 이상일때 턴 오프하여 제2 신호를 출력하는 스위치부; 상기 스타트업부의 구동 시작 신호에 따라 구동하여 상기 모터부에 인가하는 전류를 제1 제어 모드, 제2 제어 모드 및 제3 제어 모드에 따라 제어하며, 상기 제1 제어 모드는 회전자의 위치를 검출하기 위해 일정 시간동안 각 코일로 전류를 동시에 인가하는 위치 검출 모드이고, 상기 제2 제어 모드는 검출된 회전자의 위치를 고려하여 상기 모터부를 구동시키는 초기 구동 모드이며, 상기 제3 제어 모드는 상기 모터부가 정속 회전을 하도록 제어하는 정상 모드인 정류부; 상기 정류부의 제1, 제2 및 제3 제어 모드에 의해 인가되는 서로 다른 스위칭 신호에 따라 상기 3상 코일로 인가되는 전류 방향을 달리하는 인버터 회로; 상기 3상 코일의 각 상에 흐르는 전류를 서로 비교하여, 그 비교 결과를 상기 정류부로 출력하는 비교부; 및 상기 위치 검출 모드시 상기 스위치부의 출력에 따라 상기 정류부의 동작 인에이블 구간을 가변시키는 신호를 상기 정류부로 출력하는 마스크부를 포함한다.A motor unit including a rotor having a magnetic pole sequentially arranged and a stator including a three-phase coil; A startup unit for applying a driving start signal for a predetermined time; A switch unit which turns on according to a driving start signal of the startup unit and outputs a first signal, and when the counter electromotive force generated in the motor unit is higher than a predetermined level, the switch unit turns off and outputs a second signal; Drives according to the driving start signal of the startup unit to control the current applied to the motor unit according to the first control mode, the second control mode and the third control mode, the first control mode detects the position of the rotor In order to simultaneously apply a current to each coil for a predetermined time to the position detection mode, the second control mode is an initial drive mode for driving the motor unit in consideration of the position of the detected rotor, the third control mode is Rectifying unit in the normal mode for controlling the motor to rotate at constant speed; An inverter circuit for changing a current direction applied to the three-phase coil according to different switching signals applied by the first, second, and third control modes of the rectifier; A comparator for comparing currents flowing in respective phases of the three-phase coils with each other and outputting a comparison result to the rectifier; And a mask unit configured to output a signal for varying an operation enable period of the rectifier according to the output of the switch unit in the position detection mode to the rectifier.
한편, 이 발명의 제2 특징에 따른 센서없는 비엘디시 모터는,On the other hand, the sensorless Bieldi motor according to the second aspect of the present invention,
일정 시간동안 발생되는 구동 시작 신호에 따라 모든 3상 코일과 회전자간의 상호 인덕턴스를 발생시키는 제1 단계; 상기 제1 단계에서 발생한 상호 인덕턴스에 따른 상기 3상 코일의 전류를 서로 비교하여 회전자의 위치를 검출하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 얻어진 회전자의 위치를 고려하여 모터를 일정 속도까지 구동시키는 제3 단계; 및 일정 속도로 회전하는 모터의 역기전력으로서 상기 3상 코일에 인가되는 전류의 방향을 제어하여 모터를 정속 동작시키는 제4 단계를 포함한다.A first step of generating mutual inductance between all three-phase coils and the rotor according to the driving start signal generated for a predetermined time; A second step of detecting a position of the rotor by comparing currents of the three-phase coils according to mutual inductances generated in the first step with each other; A third step of driving the motor to a constant speed in consideration of the position of the rotor obtained in the second step; And a fourth step of controlling the direction of the current applied to the three-phase coil as the counter electromotive force of the motor rotating at a constant speed to operate the motor at constant speed.
이하, 첨부한 도면을 참조로 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터를 구체적으로 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a sensorless BLD motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 개념도이다. 도1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는, 스타트업부(100), 스위치부(200), 마스크부(300), 정류부(400), 인버터 회로(500), 모터부(600) 및 비교부(700)를 포함한다.1 is a conceptual diagram of a sensorless BCD motor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the sensorless BCD motor according to the embodiment of the present invention includes a startup unit 100, a switch unit 200, a mask unit 300, a rectifier 400, an inverter circuit 500, The motor unit 600 and the comparison unit 700 is included.
여기서, 모터부(600)는 120°위상차를 가지는 U상, V상, W상 코일(U, V, W)로 이루어진 고정자(610)와, 고정자(610)를 둘러싸며 다수의 마그네틱 폴로 이루어진 회전자(620)로 이루어진다.Here, the motor unit 600 is a stator 610 composed of U-phase, V-phase, and W-phase coils (U, V, W) having a 120 ° phase difference, and a circuit formed of a plurality of magnetic poles surrounding the stator 610. Electron 620.
스타트업부(100)는 스위치부(200), 마스크부(300)와 정류부(400)로 구동 시작 신호(S1)를 출력한다.The startup unit 100 outputs a driving start signal S1 to the switch unit 200, the mask unit 300, and the rectifier 400.
스위치부(200)는 기준 전압(Vref)에 연결된 전류원(IS1), 스타트업부(100)의 구동 시작 신호(S1)에 의해 턴 온하고 전류원(IS1)에 일단이 연결된 스위치(SW), 스위치(SW)의 타단이 일단이 연결되고 타단이 접지된 저항(R), 스위치(SW)와 저항(R)의 접점에 비반전 단자가 연결되고 출력단이 마스크부(300)의 입력단에 연결된 전류 비교기(COM), 및 모터부(600)에 두 입력단이 연결되고 출력단이 전류 비교기(COM1)의 비반전 단자에 연결된 전류 증폭기(AMP)로 이루어진다.The switch unit 200 is turned on by the current source IS1 connected to the reference voltage Vref, the driving start signal S1 of the start-up unit 100, and the switch SW and the switch whose one end is connected to the current source IS1. The other end of SW is connected to one end and the other end is grounded with a current comparator (R), a non-inverting terminal is connected to the contact point of the switch SW and the resistor R, and an output end is connected to an input terminal of the mask unit 300 ( COM), and a current amplifier AMP connected to two input terminals of the motor unit 600 and an output terminal of the current comparator COM1.
따라서, 스위치부(200)는 구동 시작 신호에 따라 모터부(600)에 흐르는 전류와 전류원(IS1)의 전류를 비교하여 제1 상태의 신호를 출력하고, 모터부(600)에 흐르는 전류가 전류원(IS1)의 전류보다 높은 시점에서 제2 상태의 신호를 출력하여 마스크부(300)의 동작이 달라지도록 한다. 이때, 전류원(IS1)의 전류는 모터 정상 구동시 발생하는 전류에 근접하는 정도의 값이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이는 제2 상태의 신호가 발생되는 시점이 모터를 구동시키는 시점이 되도록 하기 위한 것이다.Accordingly, the switch unit 200 outputs a signal in a first state by comparing the current flowing in the motor unit 600 with the current of the current source IS1 according to the driving start signal, and the current flowing in the motor unit 600 is a current source. The second state signal is output at a time higher than the current of IS1 so that the operation of the mask unit 300 is changed. At this time, it is preferable that the current of the current source IS1 be close to the current generated when the motor is driven normally. This is for the point in time at which the signal in the second state is generated to be the point in time to drive the motor.
마스크부(300)는 스타트업부(100)의 출력과 스위치부(200)의 출력을 입력으로 하고, 정류부(400)로 출력 신호를 인가하는데, 스타트업부(100)의 구동 시작 신호(S1)에 따라 마스킹 신호를 정류부(400)로 출력하고 스위치부(200)의 신호가 제1 상태에서 제2 상태로 변하는 시점에서 마스킹 신호의 출력을 중지한다. 이때, 마스킹 동작은 회전자의 위치를 정확하게 검출할 수 있도록 정류부(400)의 동작 인에에블 구간을 소정의 범위로 줄이는 것이다.The mask unit 300 receives an output of the startup unit 100 and an output of the switch unit 200 and applies an output signal to the rectifier 400, to the driving start signal S1 of the startup unit 100. Accordingly, the masking signal is output to the rectifier 400 and the output of the masking signal is stopped when the signal of the switch unit 200 changes from the first state to the second state. In this case, the masking operation is to reduce the operation enable section of the rectifier 400 to a predetermined range so as to accurately detect the position of the rotor.
정류부(400)는 스타트업부(100)의 출력과, 마스크부(300)의 출력과, 비교부(700)의 출력을 입력으로 하고, 7개의 출력단이 형성되어 있으며, 정지시부터 정속 회전이 수행되기까지 3가지 모드로서 구동한다. 3가지 모드는 정지된 상태에서 회전자의 위치를 검출하기 위한 위치 검출 모드, 검출된 회전자의 위치를 고려하여 모터가 정회전하도록 초기 구동시키는 초기 구동 모드와, 모터를 정속으로 구동시키는 정상 모드이다.The rectifier 400 has an output of the start-up unit 100, an output of the mask unit 300, and an output of the comparator 700, and has seven output stages, and the constant speed rotation is performed from the stop. It runs in three modes until The three modes are the position detection mode for detecting the position of the rotor in the stopped state, the initial driving mode for initial driving to allow the motor to rotate forward in consideration of the detected position of the rotor, and the normal mode for driving the motor at constant speed. to be.
인버터 회로(500)는 전원 전압(Vdc)에 컬렉터가 커플링되고 U상 코일(U)에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q1), 상기 전원 전압(Vdc)에 컬렉터가 커플링되고 V상 코일(V)에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q2), 상기 전원 전압(Vdc)에 컬렉터가 커플링되고 W상 코일(W)에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q3), 상기 트랜지스터(Q1)의 이미터에 컬렉터가 연결되고 하기 비교기(COM2)와 하기 비교기(COM4)의 입력단에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q4), 상기 트랜지스터(Q2)의 이미터에 컬렉터가 연결되고 하기 비교기(COM3)의 입력단과 비교기(COM2)의 다른 입력단에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q5), 트랜지스터)Q3)의 이미터에 컬렉터가 연결되고 비교기(COM2)의 다른 입력단과 비교기(COM4)의 다른 입력단에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q6), 3상코일(U, V, W)의 중성점에 컬렉터가 연결되고 NPN 트랜지스터(Q4, Q5, Q6)의 이미터에 이미터가 연결된 트랜지스터(Q7), 및 트랜지스터(Q7)의 이미터에 일단이 연결되고 접지단에 타단이 연결된 저항(RS)으로 이루어진다.The inverter circuit 500 has a transistor Q1 coupled to a collector voltage Vdc and an emitter connected to a U phase coil U, a collector coupled to the power voltage Vdc, and a V phase coil V. ), A collector is coupled to the transistor Q2 having an emitter coupled thereto, a collector is coupled to the power supply voltage Vdc, and a collector is coupled to the emitter of the transistor Q1, A transistor Q4 connected to an emitter connected to an input terminal of the comparator COM2 and a comparator COM4 below, a collector connected to an emitter of the transistor Q2, and an input terminal of the comparator COM3 and a comparator COM2 A transistor connected to an emitter of transistor Q5, which has an emitter connected to another input terminal of transistor Q3, and a transistor Q6 having an emitter connected to another input terminal of comparator COM2 and another input terminal of comparator COM2, Collector is connected to the neutral point of three-phase coil (U, V, W) and NPN A transistor Q7 having an emitter connected to the emitters of the transistors Q4, Q5, and Q6, and a resistor RS having one end connected to the emitter of the transistor Q7 and the other end connected to the ground terminal.
비교부(700)는 위치 검출 모드시 각 코일(U, V, W)에 발생하는 자기 및 상호 인덕턴스에 의한 전류를 서로 비교하여 각 코일(U, V, W)에 흐르는 상대적인 전류의 크기에 대한 정보를 정류부(400)로 출력하고, 초기 구동 모드 및 정상 모드시 각 코일(U, V, W)에 발생되는 역기전력을 서로 비교하고 그 결과를 인버터 회로(500)를 제어하는 기초 정보로서 정류부(400)에 출력한다.The comparator 700 compares the currents caused by the magnetic and mutual inductances generated in the respective coils U, V, and W in the position detection mode with respect to the magnitudes of the relative currents flowing through the coils U, V, and W. Outputs the information to the rectifier 400, compares the counter electromotive force generated in each coil (U, V, W) in the initial driving mode and the normal mode with each other and compares the result as the basic information for controlling the inverter circuit (500) To 400).
이를 위해 비교부(700)는 트랜지스터(Q1)의 이미터에 비반전 단자가 연결되고 트랜지스터(Q3)의 이미터에 반전 단자가 연결된 비교기(COM2), 비교기(COM2)의 반전 단자에 비반전 단자가 연결되고 트랜지스터(Q5)의 이미터에 반전 단자가 연결된 비교기(COM3), 및 비교기(COM3)의 반전 단자에 비반전 단자가 연결되고 비교기(COM2)의 비반전 단자에 반전 단자가 연결된 비교기(COM4)로 이루어진다.To this end, the comparator 700 has a non-inverting terminal connected to an inverting terminal of the comparator COM2 and a non-inverting terminal connected to an emitter of the transistor Q1 and an inverting terminal connected to an emitter of the transistor Q3. Is connected and an inverting terminal is connected to the emitter of transistor Q5, and a non-inverting terminal is connected to the inverting terminal of the comparator COM3, and a comparator is connected to the non-inverting terminal of the comparator COM2 ( COM4).
결국, 비교기(COM2)는 U상 코일(U)의 전압(Vu)과 V상 코일(V)의 전압(Vv)을 비교하여 제1 비교출력(EUV_COMP)을 출력하고, 비교기(COM3)는 V상 코일(V)의 전압(Vv)과 W상 코일(W)의 전압(Vw)을 비교하여 제2 비교출력(EVW_COMP)을 출력하며, 비교기(COM3)는 W상 코일(W)의 전압(Vw)과 U상 코일(U)의 전압(Vu)을 비교하여 제3 비교출력(EWU_COMP)을 정류부(400)로 출력한다.As a result, the comparator COM2 compares the voltage Vu of the U-phase coil U with the voltage Vv of the V-phase coil V to output the first comparison output EUV_COMP, and the comparator COM3 is V. The second comparison output EVW_COMP is output by comparing the voltage Vv of the phase coil V with the voltage Vw of the W phase coil W, and the comparator COM3 outputs the voltage of the W phase coil W ( The third comparison output EWU_COMP is output to the rectifier 400 by comparing Vw and the voltage Vu of the U-phase coil U.
이상의 구성을 가진 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는 첨부한 도1 내지 도8을 참조로 한 이하의 설명을 통해 명백해진다.A sensorless BCD motor according to an embodiment of the present invention having the above configuration will become apparent from the following description with reference to the attached FIGS.
우선, 위치 검출 모드에서의 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 동작을 설명한다.First, the operation of the sensorless BCD motor according to the embodiment of the present invention in the position detection mode will be described.
스타트업부(100)에서 구동 시작 신호(S1)이 출력되면(S100), 정류부(400)는 위치 검출 모드를 설정하고(S200), 도2a 및 도2b의 (가)와 같이 트랜지스터(Q1, Q3, Q5 및 Q7)로 구동 신호를 출력한다. 즉, 정류부(400)는 7개의 출력단중 트랜지스터(Q1, Q3, Q5 및 Q7)의 베이스에 연결된 출력단으로 하이 신호를 출력하고 나머지 출력단을 통해 로우 신호를 출력한다.When the driving start signal S1 is output from the startup unit 100 (S100), the rectifier 400 sets the position detection mode (S200) and the transistors Q1 and Q3 as shown in FIGS. 2A and 2B. , Q5 and Q7) output the drive signal. That is, the rectifier 400 outputs a high signal to an output terminal connected to the base of the transistors Q1, Q3, Q5, and Q7 among the seven output terminals, and outputs a low signal through the remaining output terminals.
그러면, 트랜지스터(Q1, Q3, Q5 및 Q7)는 턴 온하고, 전원 전압(Vcc)로부터 인가되는 전류가 각 상 코일(U, V, W)을 통해 접지단에 흐르도록 한다(S300).Then, the transistors Q1, Q3, Q5 and Q7 are turned on and the current applied from the power supply voltage Vcc flows to the ground terminal through each of the phase coils U, V, and W (S300).
여기서, 코일(U, V, W)에 동시에 인가되는 전류에 의해 각 코일(U, V, W)은 자화되어 회전자의 자계에 영향을 주고 영향을 받는다. 이러한 원리를 통해 모터상에 나타나는 코일의 자기 인덕턴스를 수학식으로 나타내면 수학식 2와 같다.Here, each coil (U, V, W) is magnetized by a current applied to the coils (U, V, W) at the same time affects and is affected by the magnetic field of the rotor. Through this principle, the magnetic inductance of the coil appearing on the motor is represented by Equation 2 below.
여기서, kk=1, 2, 3이고, La는 권선 인덕턴스[H]이고, Lg는 공기 갭 인덕턴스 [H]이고, n은 마그네트 폴-페어이고, Lkk는 자기 인덕턴스[H]이다.Where kk = 1, 2, 3, La is the winding inductance [H], Lg is the air gap inductance [H], n is the magnet pole-pair, and Lkk is the magnetic inductance [H].
그리고, 각 코일간의 상호 인덕턴스를 수학식으로 나타내면 수학식3과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the mutual inductance between the coils can be expressed as Equation (3).
여기서, Luv, Lvu는 U상 코일과 V상 코일간의 상호 인덕턴스이고, Luw, Lwu는 U상 코일과 W상 코일간의 상호 인덕턴스이며, Lvw, Lwv는 W상 코일과 V상 코일간의 상호 인덕턴스이다.Here, Luv and Lvu are mutual inductances between a U-phase coil and a V-phase coil, Luw and Lwu are mutual inductances between a U-phase coil and a W-phase coil, and Lvw and Lwv are mutual inductances between a W-phase coil and a V-phase coil.
수학식2와 수학식3을 통해 알수 있듯이, 각 코일(U, V, W)의 인덕턴스는 회전자의 위치에 따라 각각 다른 값을 갖게 되므로, 각 코일(U, V, W)의 전류 증가율이 서로 다르게 되고, 그에 따라 각 코일(U, V, W)의 전류는 도2a 및 도2b의 (다)와 같이 서로 다른 기울기를 가지고 증가하게 된다.As can be seen from Equation 2 and Equation 3, since the inductance of each coil (U, V, W) has a different value depending on the position of the rotor, the current increase rate of each coil (U, V, W) is Different from each other, the current of each of the coil (U, V, W) is increased with different inclination as shown in Fig. 2a and 2b (c).
이때, 도2a의 (다)에 도시된 파형은 U상 코일(U)이 회전자의 마그네틱 폴과 배열각이 가장 작고, 그 다음으로 V상 코일(V)이 회전자와의 배열각이 작으며, W상 코일(W)이 회전자와의 배열각이 가장 클 때이다. 한편, 도2b의 (다)에 도시된 파형은 V상 코일(V), U상 코일(U) 그리고 W상 코일(W) 순으로 회전자와의 배열각이 클때의 파형이다. 그리고, 도2a 및 도2b의 가로축은 전압을 나타내는 것으로, to 지점에서 0V이고 우측으로 갈수록 그 값이 커진다.At this time, the waveform shown in (c) of FIG. 2A shows that the U-phase coil U has the smallest array angle with the magnetic pole of the rotor, and the V-phase coil V has the smallest array angle with the rotor. W phase coil W has the largest array angle with the rotor. On the other hand, the waveform shown in (c) of FIG. 2B is a waveform when the arrangement angle with the rotor is large in the order of the V-phase coil V, the U-phase coil U, and the W-phase coil W. 2A and 2B represent voltages, which are 0V at the to point and become larger toward the right.
이러한 서로 다른 증가율을 가지는 전류는 트랜지스터(Q1, Q3, Q5)의 이미터에 전압(Vu, Vv, Vw)으로 나타나고, 3개의 비교기(COM2 내지 COM4)에 의해 서로 비교되어 그 비교 결과가 정류부(400)로 출력된다.These currents having different rates of increase are represented by the voltages Vu, Vv, and Vw at the emitters of the transistors Q1, Q3, and Q5, and are compared with each other by three comparators COM2 to COM4, and the comparison result is determined by the rectifier ( 400).
여기서, 도2a의 (다)와 같이 U상 코일 전압(Vu)이 가장 크고, V상 코일 전압(Vv)이 그 다음, W상 코일 전압(Vw)이 가장 작은 순으로 전압이 발생하면, 각 비교기(COM2 내지 COM4)는 도2a의 (라)∼(바)와 같은 출력을 발생한다. 즉, 비교기(COM2)는 비반전 입력 전압(Vu)이 반전 입력 전압(Vv)보다 크므로 하이 신호를 출력하고, 비교기(COM3)는 비반전 전압(Vv)가 반전 입력 전압(Vw)보다 크므로 하이 신호를 출력하며, 비교기(COM4)는 비반전 입력 전압(Vw)이 반전 입력 전압(Vu)보다 작으므로 로우 신호를 출력한다.Here, as shown in Fig. 2A, when the U-phase coil voltage Vu is greatest, the V-phase coil voltage Vv is next, and the W-phase coil voltage Vw is lowest, The comparators COM2 to COM4 generate outputs as shown in FIGS. That is, the comparator COM2 outputs a high signal because the non-inverting input voltage Vu is greater than the inverting input voltage Vv, and the comparator COM3 has a non-inverting voltage Vv greater than the inverting input voltage Vw. A low high signal is output, and the comparator COM4 outputs a low signal because the non-inverting input voltage Vw is smaller than the inverting input voltage Vu.
한편, 도2b의 (다)와 같이 V상 코일 전압(Vv)이 가장 크고, U상 코일 전압(Vu)이 그 다음, W상 코일 전압(Vw)이 가장 작은 순으로 전압이 발생하면, 도2b의 (라)∼(바)와 같이 비교기(COM2)는 로우 신호를 출력하고 비교기(COM3)는 하이 신호를 출력하며 비교기(COM4)는 로우 신호를 출력한다.On the other hand, as shown in Fig. 2B, when the V-phase coil voltage Vv is greatest, the U-phase coil voltage Vu is next, and the W-phase coil voltage Vw is lowest, the voltage is generated. Comparators COM2 output a low signal, comparator COM3 outputs a high signal, and comparator COM4 outputs a low signal as shown in (d) to (b) of 2b.
도2a와 도2b의 (라)∼(바)와 같은 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력 결과를 통해 비교기의 출력은 각 코일 전압이 어떠한 값을 나타내든지간에 2개 출력 결과를 발생함을 알 수 있다. 즉, 제1 출력 결과는 도2a와 같이 2개의 하이 신호와 1개의 로우 신호를 나타내는 것이고, 제2 출력 결과는 도2b와 같이 2개의 로우 신호와 1개의 하이 신호를 나타내는 것이다(S600).From the output results of the comparators COM2 to COM4 as shown in FIGS. 2A and 2B (D) to (B), it can be seen that the output of the comparator generates two output results regardless of what value each coil voltage represents. have. That is, the first output result indicates two high signals and one low signal as shown in FIG. 2A, and the second output result indicates two low signals and one high signal as shown in FIG. 2B (S600).
이러한 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력 결과는 정류부(400)의 입력이 되어 회전자의 위치를 판단하는 기준이 된다.The output results of the comparators COM2 to COM4 serve as inputs of the rectifier 400 to serve as a reference for determining the position of the rotor.
이때, 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는 상기에서 언급한바와 같이 정확한 회전자의 위치를 검출하기 위해 정류부(400)로 인가되는 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력을 스위치부(200)와 마스크부(300)를 통해 제한하다. 즉, 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는 정류부(400)의 위치 검출 동작이 마스크부(300)로부터 출력되는 도2a 및 도2b의 (나)와 같은 인에이블 신호에 따라 시작하도록 함으로써, 비교기(COM2 내지 COM4)로부터 인가되는 신호를 마스크부(300)의 인에이블 신호 이전에는 무시하도록 한다(S400).At this time, the sensorless BCD motor according to the embodiment of the present invention, as described above, the output of the comparator (COM2 to COM4) applied to the rectifier 400 to detect the exact position of the rotor switch unit 200 And through the mask unit 300. That is, in the sensorless BCD motor according to the embodiment of the present invention, the position detection operation of the rectifying unit 400 may be started in accordance with an enable signal such as (b) of FIGS. 2A and 2B output from the mask unit 300. As a result, the signals applied from the comparators COM2 to COM4 are ignored before the enable signal of the mask unit 300 (S400).
이러한 상기 동작은 스위치(SW)의 동작을 시작으로 마스크부(300)의 출력까지의 동작으로 명백해진다.This operation is apparent from the operation of the switch SW to the output of the mask unit 300.
스위치(SW)는 정류부(400)와 동시에 스타트업부(100)로부터 구동 시작 신호(S1)를 인가받아 턴 온하여 전류원(IS1)으로부터 인가되는 전류를 저항(R)에 의한 전압(V1)으로 전류 비교기(COM1)의 반전 단자에 인가되도록 한다. 이때, 전류 비교기(COM1)의 비반전 단자로는 전류 증폭기(AMP)에서 출력하는 전압(V2)이 인가된다.The switch SW is turned on by receiving the driving start signal S1 from the startup unit 100 at the same time as the rectifier 400 and converts the current applied from the current source IS1 to the voltage V1 by the resistor R. It is applied to the inverting terminal of the comparator COM1. At this time, the voltage V2 output from the current amplifier AMP is applied to the non-inverting terminal of the current comparator COM1.
여기서, 전류 비교기(COM1)의 비반전 단자에 인가되는 전압(V2)은 3상 코일(U, V, W)에 흐르는 전류에 대응하는 전압이다. 이를 3상 코일(U, V, W)에 흐르는 전류의 시각에서 설명하면, 3상 코일(U, V, W)를 흐르는 전류는 모터의 중성점을 통과하고 트랜지스터(Q7)를 거쳐 저항(RS)에 의해 전압으로 바뀌어 전류 증폭기(AMP)에 입력되고, 전류 증폭기(AMP)는 3상 코일(U, V, W)에 흐르는 전류의 량이 극히 작으므로 이를 일정 이득(K)으로 증폭시켜 전류 비교기(COM1)의 비반전 단자에 인가한다.Here, the voltage V2 applied to the non-inverting terminal of the current comparator COM1 is a voltage corresponding to the current flowing through the three-phase coils U, V, and W. If this is explained in terms of the current flowing through the three-phase coils U, V, and W, the current flowing through the three-phase coils U, V, and W passes through the neutral point of the motor and passes through the transistor Q7 through the resistor RS. Is converted into a voltage and input to the current amplifier AMP. Since the amount of current flowing through the three-phase coils U, V, and W is extremely small, the current amplifier AMP is amplified with a constant gain (K) to obtain a current comparator ( To the non-inverting terminal of COM1).
이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는 전류 비교기(COM1)의 반전 단자에 인가되는 전압(V1)을 모터가 일정 속도로 회전할 때 발생하는 전압으로 설정한다. 이는 전류 비교기(COM1)의 출력이 마스크부(300)로 인가되어 마스크부(300)의 동작을 제어하는데, 모터 구동시 3상 코일 또는 트랜지스터(Q1 내지 Q7)에 과도한 전류가 흐르지 않도록 하기 위한 것이다.The sensorless BCD motor according to the embodiment of the present invention sets the voltage V1 applied to the inverting terminal of the current comparator COM1 to a voltage generated when the motor rotates at a constant speed. This is because the output of the current comparator COM1 is applied to the mask part 300 to control the operation of the mask part 300, so that excessive current does not flow to the three-phase coil or the transistors Q1 to Q7 when the motor is driven. .
이때, 전압(V1)의 설정은 전류원(IS1)의 전류 또는 저항(R)의 값을 조정함으로써 용이하게 할 수 있다. 결국, 전류 비교기(COM1)의 출력은 위치 검출 모드시에는 로우 신호를 출력하게 된다.At this time, setting of the voltage V1 can be facilitated by adjusting the value of the current or the resistance R of the current source IS1. As a result, the output of the current comparator COM1 outputs a low signal in the position detection mode.
이러한 전류 비교기(COM1)의 로우 출력은 마스크부(300)로 하여금 마스킹 동작이 수행되도록 한다. 마스킹 동작은 상기에서 언급한 도2a 및 도2b와 같이 스타트 신호(S1)에 인가되는 t0시점에서부터 위치 검출을 하는 것이 아니라 t2에서 위치 검출을 시작하여 t3시점까지 수행하도록 하는 것이다. 즉, 스타트 신호(S1)의 구간(t0-t2)와 구간(t3이후)을 디스에이블시키는 것이다. 이와 같은 마스킹 동작은 정류부(400)가 각 코일 전압(Vu, Vv, Vw)이 각각 차이를 나타내는 시점에서 위치 검출을 시작하여 위치 검출 판단이 충분히 가능한 지점에서 위치 검출을 마치게 하여 회전자의 위치 검출이 정확히 이루어지도록 해준다.The low output of the current comparator COM1 causes the mask unit 300 to perform a masking operation. The masking operation is not to detect the position from the time t0 applied to the start signal S1 as described above with reference to FIGS. 2A and 2B but to start the position detection at the time t2 to the time t3. That is, the interval t0-t2 and the interval t3 or later of the start signal S1 are disabled. In this masking operation, the rectifier 400 detects the position of the rotor by starting the position detection at the point where each coil voltage Vu, Vv, Vw shows a difference, and then finishes the position detection at a point where position detection determination is sufficiently possible. This is done correctly.
따라서, 정류부(400)는 마스크부(300)의 마스킹 동작에 의해 도2a 및 도2b에 도시된 t2시점에서 t3시점 동안의 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력을 검출한다.Therefore, the rectifier 400 detects the outputs of the comparators COM2 to COM4 during the time t3 from the time t2 shown in FIGS. 2A and 2B by the masking operation of the mask part 300.
이렇게 검출된 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력은 정류부(400)가 회전자의 위치를 검출하는데 이용되는데, 정류부(400)는 도2a와 같은 2개의 하이 신호와 1개의로우 신호를 입력하면 1개의 로우 신호를 기준으로 회전자의 위치를 판단하고 나머지 2개의 하이 신호를 통해 어느 코일의 전류가 더 큰지를 판단하여 정확한 회전자의 위치를 검출한다. 그리고, 정류부(400)는 도2b와 같이 2개의 로우 신호와 1개의 하이 신호를 입력하면 1개의 하이 신호를 기준으로 회전자의 위치를 판단하고 나머지 2개의 로우 신호를 통해 어는 코일의 전류가 더 작은지를 판단하여 정확한 회전자의 위치를 검출한다.The outputs of the comparators COM2 to COM4 thus detected are used by the rectifier 400 to detect the position of the rotor. When the rectifier 400 inputs two high signals and one low signal as shown in FIG. The position of the rotor is determined based on the low signal, and the other two high signals determine which coil has a larger current to detect the correct position of the rotor. When the rectifier 400 inputs two low signals and one high signal as shown in FIG. 2B, the rectifier 400 determines the position of the rotor based on one high signal, and the current of the coil frozen through the remaining two low signals is further increased. Determine whether it is small and detect the exact rotor position.
이러한 정류부(400)의 회전자 위치 검출 기준은 도3에 기초로 하며, 도3을 기초로 검출된 회전자의 위치 검출에 따라 초기 구동 모드를 수행한다. 초기 구동 모드시에는 트랜지스터(Q7)을 오프시키고, 각 코일(U, V, W)에는 각각 120°위상차를 갖는 전류가 인가된다.The rotor position detection criterion of the rectifier 400 is based on FIG. 3, and performs an initial driving mode according to the position detection of the rotor detected based on FIG. 3. In the initial driving mode, the transistor Q7 is turned off, and a current having a 120 ° phase difference is applied to each of the coils U, V, and W, respectively.
도3은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터를 전류에 비례하는 인덕턴스의 크기에 따라 순방향으로 회전시키기 위한 인버터 회로의 스위칭 패턴도이다. 도3에서, ①은 U상 코일(U)의 인덕턴스 파형도이고 ②는 V상 코일(V)의 인덕턴스 파형도이고, ③은 W상 코일(W)의 인덕턴스 파형도이다. 그리고 ④는 각 코일(U, V, W)의 인덕턴스값에 따라 인버터 회로(500)의 트랜지스터를 구동시키는 순서를 보인 것이다.FIG. 3 is a switching pattern diagram of an inverter circuit for rotating a sensorless BCD motor in a forward direction according to the magnitude of an inductance proportional to a current according to an embodiment of the present invention. In Fig. 3, ① is an inductance waveform diagram of the U-phase coil U, ② is an inductance waveform diagram of the V-phase coil V, and ③ is an inductance waveform diagram of the W-phase coil W. ④ shows the procedure of driving the transistor of the inverter circuit 500 according to the inductance value of each coil (U, V, W).
도3에서 보면, 정류부(400)는 인덕턴스가 상대적으로 크거나 및 작은 코일을 기준으로 트랜지스터를 구동시킴을 알수 있으며, 이를 통해 다음과 같은 사실을 알 수 있다. 즉, 정류부(400)는 U상 코일(U)에 대한 인덕턴스가 상대적으로 크면 트랜지스터(Q1)을 구동시키고 인덕턴스가 상대적으로 작으면 트랜지스터(Q4)를 구동시키며, V상 코일(V)에 대한 인덕턴스가 상대적으로 크면 트랜지스터(Q3)를 구동시키고 인덕턴스가 상대적으로 작으면 트랜지스터(Q6)을 구동시키며, W상 코일(W)에 대한 인덕턴스가 상대적으로 크면 트랜지스터(Q5)를 구동시키고 인덕턴스가 작으면 트랜지스터(Q2)를 구동시킨다.Referring to FIG. 3, the rectifier 400 may drive the transistor based on a coil having a relatively large inductance or a relatively small inductance. As a result, the rectifier 400 may recognize the following fact. That is, the rectifier 400 drives the transistor Q1 when the inductance of the U-phase coil U is relatively large, and drives the transistor Q4 when the inductance is relatively small, and the inductance of the V-phase coil V. Is relatively large, it drives transistor Q3, and if inductance is relatively small, it drives transistor Q6. If the inductance to W-phase coil W is relatively large, it drives transistor Q5. (Q2) is driven.
여기서, 각 코일(U, V, W)에 발생하는 인덕턴스의 파형이 도3의 ①, ②, ③과 같음은 각 코일(U, V, W)에 발생한 인덕턴스를 시뮬레이션한 도4를 통해 알 수 있다. 도4에 도시된 각 코일(U, V, W)에 발생한 인덕턴스의 파형은 도3의 인덕턴스 파형과 같음으로 도3과 같은 도면 부호를 부여하였다.Here, the waveforms of the inductances generated in the coils U, V, and W are the same as 1, 2, and 3 in FIG. 3, as shown in FIG. 4, which simulates the inductances generated in the coils U, V, and W. FIG. have. The inductance waveforms generated in the coils U, V, and W shown in FIG. 4 are the same as the inductance waveforms of FIG.
따라서, 3상 코일(U, V, W)에 발생하는 인덕턴스의 크기는 전류의 크기에 비례하므로 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력 신호에 따라 정류부(400)는 두 개의 트랜지스터를 구동시키기 위한 신호를 출력한다.Accordingly, since the magnitude of the inductance generated in the three-phase coils U, V, and W is proportional to the magnitude of the current, the rectifier 400 generates a signal for driving two transistors according to the output signals of the comparators COM2 to COM4. Output
이상을 통해, 정류부(400)는 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력으로부터 회전자가 위치 상태에 대응하여 모터의 순방향 구동을 위한 어떤 트랜지스터(Q1 내지 Q6 중 두개)를 구동시켜야 함을 알 수 있다.Through the above, the rectifier 400 can be seen that from the output of the comparators (COM2 to COM4) the rotor to drive a certain transistor (two of the Q1 to Q6) for the forward drive of the motor in response to the position state.
도2a의 경우를 예를 들어 설명하면, 정류부(400)는 W상 코일 전압(Vw)이 제일 낮고 U상 코일 전압(Vu)이 제일 높음을 검출하고, 이에 따라 트랜지스터(Q2)를 턴 온시키기 위한 신호와, 트랜지스터(Q1)을 턴 온시키기 위한 신호를 인버터 회로(500)로 출력한다. 그런 다음, 정류부(400)는 설정된 순방향 모터 구동 순서대로 트랜지스터(Q1)을 턴 오프시키고 트랜지스터(Q3)를 턴 온시키는 신호를 출력하고, 다시 트랜지스터(Q2)를 턴 오프시키고 트랜지스터(Q4)를 턴 온시키는 신호를출력한다. 이러한 순서는 도3에 도시된 ④와 같은 배열 순서에 따른다.Referring to the case of FIG. 2A as an example, the rectifier 400 detects that the W phase coil voltage Vw is the lowest and the U phase coil voltage Vu is the highest, thereby turning on the transistor Q2. And a signal for turning on the transistor Q1 are output to the inverter circuit 500. Then, the rectifier 400 outputs a signal for turning off the transistor Q1 and turning on the transistor Q3 in the set forward motor driving order, turning off the transistor Q2 and turning the transistor Q4 again. Outputs a signal to turn on. This order follows the arrangement order as shown in Fig. 3.
이와 같이 정류부(400)가 회전자의 위치를 검출한 후 모터를 초기 구동시키면, 각 코일(U, V, W)에는 자기 및 상호 인덕턴스에 의한 전류가 아닌 역기전력에 의한 전류가 발생한다. 그러므로 초기 구동시 각 코일(U, V, W)의 전류는 점차적으로 증가한다.As described above, when the rectifier 400 detects the position of the rotor and initially drives the motor, currents generated by the counter electromotive force are generated in each of the coils U, V, and W, not by the magnetic and mutual inductances. Therefore, the current of each coil (U, V, W) gradually increases during the initial driving.
이렇게, 각 코일(U, V, W)의 전류가 증가하면, 전류 증폭기(AMP)에서 출력하는 전압(V2)은 증가하여 어느 시점에서 전압(V1)을 초과하게 된다. 그러면, 전류 비교기(COM1)은 그 출력을 로우 신호에서 하이 신호로 전환하여 스타트업부(100)가 구동 시작 신호(S1)을 출력하지 않도록 하고 마스크부(300)가 마스킹 동작을 하지 않도록 한다(S700).As such, when the current of each of the coils U, V, and W increases, the voltage V2 output from the current amplifier AMP increases to exceed the voltage V1 at some point in time. Then, the current comparator COM1 switches its output from a low signal to a high signal so that the startup unit 100 does not output the driving start signal S1 and the mask unit 300 does not perform the masking operation (S700). ).
이러한 모터의 정상 모드시의 동작은 도5를 참조로 한 이하의 설명에서 명백해질 것이다. 도5는 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터가 역기전력 파형을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 타이밍도이다.The operation in the normal mode of such a motor will be apparent in the following description with reference to FIG. FIG. 5 is a timing diagram in which a sensorless BCD motor detects the position of the rotor using a back EMF waveform according to an embodiment of the present invention.
정류부(400)의 설정된 스위칭 패턴에 따라 모터가 구동하기 시작한 후 일정 시간이 지나면, 각 코일(U, V, W)에는 수학식1을 통해 알 수 있듯이 도5의 (가)∼(다)와 같은 일정 레벨 이상의 역기전력 전압이 발생하고, 이러한 역기전력 전압은 비교기(COM2 내지 COM4)에 입력된다. 도5에서 (가)는 U상 코일(U)에 발생한 역기전력 전압(EVu)이고, (나)는 V상 코일(V)에 발생한 역기전력 전압(EVv)이고, (다)는 W상 코일(W)에 발생한 역기전력 전압(EVw)이다.After a predetermined time after the motor starts to drive according to the switching pattern of the rectifier 400, each coil (U, V, W) as shown in equation (1) of Figure 5 (a) to (c) and The counter electromotive force voltage of the same predetermined level or more is generated, and the counter electromotive force voltage is input to the comparators COM2 to COM4. In Fig. 5, (a) is the back EMF voltage EVu generated in the U-phase coil U, (B) is the back EMF voltage EVv generated in the V-phase coil V, and (C) is the W-phase coil W ) Is the back EMF voltage (EVw) generated.
따라서, 비교기(COM2)는 U상 코일(U)에 발생한 역기전력(EVu)과 V상 코일(V)에 발생한 역기전력 전압(EVv)를 비교하고, 비교기(COM3)는 U상 코일(U)에 발생한 역기전력(EVu)과 W상 코일(W)에 발생한 역기전력 전압(EVw)를 비교하며, 비교기(COM4)는 W상 코일(W)에 발생한 역기전력(EVw)와 U상 코일(U)에 발생한 역기전력 전압(EVu)를 비교한다.Accordingly, the comparator COM2 compares the counter electromotive force EVu generated in the U-phase coil U with the counter electromotive force voltage EVv generated in the V-phase coil V, and the comparator COM3 is generated in the U-phase coil U. The counter electromotive force EVu is compared with the back electromotive force voltage EVw generated in the W phase coil W. The comparator COM4 compares the back electromotive force EVw generated in the W phase coil W and the back electromotive force voltage generated in the U phase coil U. Compare (EVu).
비교기(COM2 내지 COM4)의 비교 결과는 도5의 (라)∼(바)와 같다. 도5의 (라)는 비교기(COM2)의 출력(EUV_COMP1)이고, 도5의 (마)는 비교기(COM3)의 출력(EVW_COMP2)이고, 도5의 (바)는 비교기(COM4)의 출력(EWU_COMP3)이다.Comparison results of the comparators COM2 to COM4 are as shown in Figs. Fig. 5D is an output EUV_COMP1 of the comparator COM2, Fig. 5E is an output EVW_COMP2 of the comparator COM3, and Fig. 5B is an output of the comparator COM4. EWU_COMP3).
이러한 도5의 (라)∼(바)의 비교 출력은 정류부(400)에 인가되고, 정류부(400)는 각 비교기 출력(EUV_COMP1, EVW_COMP2, EWU_COMP3)의 파형을 모터 제어 신호로 이용한다. 즉, 정류부(400)는 비교기 출력(EUV_COMP1, EVW_COMP2, EWU_COMP3)에 대응하는 트랜지스터(Q1, Q6)의 구동이 설정되어 있어, 현재 입력되는 비교기의 출력(EUV_COMP1, EVW_COMP2, EWU_COMP3)가 어떤지에 따라 해당 트랜지스터를 턴 온 또는 턴 오프시켜 각 코일(U, V, W)에 인가하는 전류의 방향을 제어한다(S800).The comparison outputs of FIGS. 5 (d) to 5 (a) are applied to the rectifier 400, and the rectifier 400 uses waveforms of the comparators outputs EUV_COMP1, EVW_COMP2, and EWU_COMP3 as motor control signals. That is, the rectifier 400 is configured to drive the transistors Q1 and Q6 corresponding to the comparator outputs EUV_COMP1, EVW_COMP2, and EWU_COMP3. The transistor is turned on or off to control the direction of the current applied to each of the coils U, V, and W (S800).
따라서, 이러한 인식 신호(EU, EV, EW)를 이용한 정류부(400)의 동작으로 모터는 순방향으로 정속 회전을 하게 된다.Therefore, the motor rotates at a constant speed in the forward direction by the operation of the rectifier 400 using the recognition signals EU, EV, and EW.
이상의 설명을 통해 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터는 제1 특징 및 제2 특징에 따라 본원 발명의 목적이 달성됨을 알 수 있다. 그리고, 첨부한 도6과 도7은 인덕턴스를 이용하여 목적을 달성하는 본원 발명의 특징을 더욱 명백화시킨다. 도6은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 회전자 위치를 검출하기 위한 제1 시뮬레이션 도면이고, 도7은 이 발명의 실시예에 따른 센서없는 비엘디시 모터의 회전자를 검출하기 위한 제2 시뮬레이션 도면이다.From the above description, it can be seen that the sensorless BLD motor according to the embodiment of the present invention achieves the object of the present invention according to the first and second features. 6 and 7 further clarify the features of the present invention to achieve the object using inductance. FIG. 6 is a first simulation diagram for detecting the rotor position of a sensorless non-ELD motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a detecting part of the rotor of a sensorless non-ELD motor according to an embodiment of the present invention. It is a 2nd simulation drawing for this.
도6에서, (가)∼(다)는 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력이고, (라)는 각 코일에 발생한 전압을 나타낸다. 도6에서 보면, 실선으로 나타낸 U상 코일 전압(Vu)이 가장 크고, 점선으로 나타낸 V상 코일 전압(Vv)이 그 다음, 센터선(center line)으로 나타낸 W상 코일 전압(Vw)이 가장 작음을 알 수있고 그에 따라 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력이 하이, 하이, 로우 신호를 출력함을 알 수 있다.In Fig. 6, (a) to (c) are the outputs of the comparators COM2 to COM4, and (d) represents the voltage generated in each coil. In Fig. 6, the U phase coil voltage Vu shown by the solid line is the largest, the V phase coil voltage Vv shown by the dotted line is the next, and the W phase coil voltage Vw shown by the center line is the most. It can be seen that it is small, and accordingly, the outputs of the comparators COM2 to COM4 output high, high, and low signals.
한편, 도7은 도6과 다른 상태 즉, 회전자의 위치가 도6과 같지 않은 상태에서 검출한 각 코일 전압(Vu, Vv, Vw) 및 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력(EUV_COM, EVW_COM, EWU_COM)을 나타내며, 시뮬레이션 시간을 도6보다 크게 하였을때이다. 도7에서는 회전자의 위치를 검출 동작을 수회 반복함을 볼수 있는데, 이는 더욱 정확한 회전자의 위치를 검출하기 위한 것이다. 그리고, 도7에서는 센터선으로 나타낸 W상 코일 전압(Vw)이 가장 크고, 실선으로 나타낸 U상 코일 전압(Vu)가 그 다음, 점선으로 나타낸 V상 코일 전압(Vv)이 가장 작음을 알 수 있고, 이에 따라 비교기(COM2 내지 COM4)의 출력이 하이, 로우, 하이 신호를 출력함을 알 수 있다.FIG. 7 shows the coil voltages Vu, Vv, Vw and the outputs of the comparators COM2 to COM4 detected in a state different from that of FIG. 6, that is, when the position of the rotor is not the same as that of FIG. EWU_COM), when the simulation time is larger than that in FIG. In Fig. 7, it can be seen that the detecting operation of the position of the rotor is repeated several times, which is to detect the position of the rotor more accurately. 7 shows that the W phase coil voltage Vw shown by the center line is the largest, the U phase coil voltage Vu shown by the solid line is the next, and the V phase coil voltage Vv shown by the dotted line is the smallest. Accordingly, it can be seen that the outputs of the comparators COM2 to COM4 output high, low, and high signals.
비록 이 발명은 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 청구의 범위 내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.Although this invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiments disclosed above, but also includes various modifications and equivalents which fall within the scope of the following claims.
이 발명은 모터가 정지된 상태에서 센서를 사용하지 않고 회전자의 위치를검출하여 모터를 구동시킴으로써, 제품의 원가를 줄이고 초기 구동시 모터가 역회전하는 것을 방지하는 효과가 있다.The present invention has the effect of reducing the cost of the product and preventing the motor from rotating in the initial operation by detecting the position of the rotor to drive the motor without using the sensor in the state in which the motor is stopped.
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