KR100473321B1 - 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법 - Google Patents

센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법에 관한 것으로, 특히 역기전압이 검출되었는지를 확인한 후 역기전압이 검출되지 않은 경우에만 역기전압 검출을 위해 구동신호의 주기를 짧게 함으로서 구동신호의 주기를 짧게 하는데 따른 불필요한 스위칭 손실이 줄어든다.
또한, 본 발명은 역기전압이 검출되지 않은 경우, 그 다음 검출주기에서 구동신호의 주기를 짧게 함과 함께 모터의 운전회전수를 낮추어 검출구간에서의 역기전압 검출을 위한 시간을 늘림으로서 역기전압이 용이하게 검출되게 한다.

Description

센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법{Method for detecting electromotive force of sensorless BLDC motor}
본 발명은 압축기에 적용되는 센서리스 비엘디씨 모터의 속도를 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 비엘디씨 모터의 회전위치를 회전자와 권선사이에서 발생되는 역기전압을 이용하여 추정할 수 있도록 상기한 역기전압을 검출하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기는 저온, 저압의 기체냉매를 고온, 고압의 기체냉매로 압축시키는 장치이다. 이러한 압축기에는 센서리스 비엘디씨(Brushless Direct Current ; 이하 BLDC라 칭함) 모터가 사용되며, 상기한 BLDC 모터의 회전력을 이용하여 저온, 저압의 기체냉매를 고온, 고압의 기체냉매로 압축시킨다.
상기한 센서리스 BLDC 모터의 속도를 제어하기 위해서는 회전자의 위치를 정확히 검출하는 것이 중요하다. 그러나, 센서리스 BLDC 모터는 회전자의 위치를 검출하기 위한 센서가 없기 때문에 회전자의 위치를 추정하기 위해 모터의 회전자와 각 권선사이에서 발생되는 역기전압을 검출하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
상기한 센서리스 BLDC 모터의 역기전압 검출방법은 선출원된 대한민국 공개특허공보 1999년 제 79699호에 개시되어 있다.
상기 선출원된 대한민국 공개특허공보 1999년 제 79699호에 개시된 기술에서는 역기전압의 전압레벨이 소정 기준치에 도달하기 이전에 구동신호의 주기를 빠르게 하여 역기전압의 검출속도를 빠르게 함으로서 회전자의 위치를 좀더 빠르게 알 수 있도록 하고 있다.
좀더 구체적으로는 검출주기가 되면, 역기전압을 검출하기 위해 일정한 주기의 펄스 폭 모듈레이션(Pulse Width Modulation ; 이하 PWM 이라 칭함) 신호의 주파수를 증가시킨다. 이에 따라, 역기전압을 검출하기 위한 PWM 신호의 주기가 짧아지고, 이로 인해, 검출동작이 더 빈번하게 이루어져 역기전압이 종전보다 빨리 검출된다. 역기전압이 검출된 이후에는 PWM 주파수를 감소시켜 PWM 신호의 주기를 원래대로 환원시킨다. 이러한 역기전압의 검출은 일정 검출주기마다 같은 방법으로 반복되게 된다.
그러나, 종래기술은 매 검출주기가 되면, 일단 PWM 신호의 주파수를 증가시켜 역기전압을 검출하기 때문에 PWM 신호의 주파수를 증가시키지 않고도 역기전압이 검출되는 경우에는 PWM 신호의 주파수 증가에 따른 불필요한 스위칭 손실이 생기는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 불필요하게 PWM 신호의 주파수를 증가시킴에 따라 PWM 구동되는 스위치에 과도한 부담을 주게 되어 스위치 작동에 의한 소음이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 종래기술은 주기적인 PWM 신호의 주파수 상승에 따른 계속적인 스위칭 손실이 증가하여 모터의 권선에 열이 많이 생겨 제어기의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 역기전압 검출을 위해 구동신호의 주기를 가변시키는 과정에서 생기는 스위칭 손실을 줄이도록 역기전압 검출여부에 따라 구동신호의 주기를 가변시키는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 역기전압이 검출되지 않는 경우, 역기전압의 용이한 검출을 위해 구동신호의 주기를 짧게 함과 함께 모터의 운전회전수를 낮추는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터의 역기전압 검출을 위해 일정 검출주기마다 소정주기의 구동신호를 출력하는 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법에 있어서, 상기 검출주기인 경우, 상기 역기전압이 검출되었는지를 판단하고, 상기 역기전압이 검출되지 않은 경우, 상기 구동신호의 주기를 짧게 하여 상기 역기전압을 검출하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 본 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 센서리스 BLDC 모터의 구동장치를 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 센서리스 BLDC 모터 구동장치는 센서리스 BLDC 모터를 구동 제어하기 위하여 구성된 상(U, V, W)에 대하여 각각의 제어신호를 출력하는 제어부(60), 이 제어부(60)에서 출력되는 제어신호를 입력받아 모터(30)를 구동시키기 위한 구동부(40), 상기한 구동부(30)를 거쳐 인가되는 제어신호를 각각 입력받아 각 상(U, V, W)에 대한 스위칭을 위한 다수의 트랜지스터로 이루어지는 인버터부(20), 인버터부(20)로부터 역기전압을 검출하여 제어부(60)로 인가시키는 역기전압 검출부(50)를 포함하여 구성된다. 미설명부호 10은 정류부이다.
각상(U,V,W)의 위상은 서로 120°의 차이를 가지며, 제어부(60)는 일예로 각상마다 0°∼120°까지는 모터 회전자를 회전시키고, 120°∼180°구간에서는 역기전압을 검출하고, 180°∼300°구간에서는 다시 모터 회전자를 회전시키고, 다시 300°∼360°구간에서는 역기전압을 검출하는 과정을 반복하게 된다. 즉, 모터 회전자의 180°마다 60°범위 내에서 역기전압을 검출하게 되는 검출주기를 갖는다.
이하에서는 구체적인 제어부의 작용을 살펴보기로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 구동장치는 외부에서 공급되는 교류전원을 정류부(10)에서 소정의 직류전원으로 정류시킨다.
제어부(60)는 상기한 직류전원이 인버터부(20)를 통해 모터(30)로 공급되도록 인버터부(20)를 스위칭시키기 위한 구동신호를 구동부(40)로 출력한다. 이 구동부(40)는 상기한 구동신호에 따라 인버터부(20)를 스위칭시켜 각 상(U, V, W)으로 직류전원이 공급되게 함으로서 모터(30)가 회전하게 된다. 이때, 구동부(40)로 출력되는 구동신호는 소정 주파수를 갖는 펄스폭 변조(PULSE WIDTH MODULATION ; 이하 PWM라 칭함) 신호이다.
제어부(60)는 모터(30)를 회전시키기 위한 일정 듀티비(Duty Ratio)의 PWM 신호를 구동부(40) 로 출력한다. 이에 따라, 구동부(40)는 이 구동신호 에 따라 인버터부(20)를 스위칭 동 작시키고, 역기전압 검출부(50)에서는 모터(30)의 회전에 의해 발생되는 권선에 유기되는 역기전압을 검출하게 된다. 이때, 검출신호는 상기한 구동신호로 비교회로등을 통 해 적절한 역기전압 정보로 제어부로 입력 되게 된다.
역기전압이 검출되면, 제어부(60)는 이에 기초하여 모터 회전자의 현재 위치를 산출하고, 산출된 회전자의 위치정보를 이용하여 모터(30)의 회전속도를 판단한 후 판단된 회전속도를 미리 목표로 하는 회전속도에 도달시키도록 구동부(40)의 PWM 신호의 출력 듀티비를 보정한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 역기전압 검출방법에 대한 제어흐름도이다.
도 2를 살펴보면, 먼저, 제어부(60)는 주파수가 일례로 3KHZ인 PWM 신호(구동신호)를 구동부(40)로 출력하여 모터(30)를 구동시킨다(100).
그리고, 제어부(60)는 역기전압 검출을 위해 미리 설정된 검출주기인지를 판단한다(101).
검출주기이면, 제어부(60)는 역기전압이 검출되었는지를 판단한다(102). 이때, 제어부(60)는 역기전압검출부(50)를 통해 검출된 신호의 유무에 따라 역기전압이 검출되었는지를 판단한다.
만약, 역기전압이 검출되지 않으면, 제어부(60)는 다음 검출주기인지를 판단한다(103). 이때, 제어부(60)는 역기전압이 검출되지 않으면 그 검출주기 동안에는 현재의 PWM 신호의 주파수를 유지하게 된다.
다음 검출주기이면, 제어부(60)는 역기전압이 용이하게 검출될 수 있도록 먼저, 모터(30)의 운전주파수를 낮추어 모터(30)의 운전회전수를 감소시킨다(104). 이에 따라, 역기전압이 미검출되는 모터의 회전수 영역이 검출이 이루어지는 회전수 영역으로 낮춰지게 됨으로서 역기전력 검출을 위한 검출주기(전기각 60도)의 시간을 길게 하는 효과를 얻게 된다. 즉, 모터(30)의 운전주파수가 낮아지면, 각 권선의 코일에 공급되는 전류도 함께 낮아지기 때문에 코일상의 인덕턴스에서 방전이 그 만큼 빨리 이루어지므로 역기전압을 검출할 수 있는 시간영역이 늘어나게 된다.
모터(30)의 운전회전수를 낮춰 역기전압이 검출되는 시간영역을 소정치만큼 길게 한 후 제어부(60)는 PWM 신호의 주기를 짧게 하여 역기전압을 검출하기 위한 검출동작의 횟수가 더 빈번해지도록 PWM 신호의 주파수를 증가시킨다(105). 이어서 리턴하여 역기전압이 검출되었는지를 판단하게 된다.
한편, 역기전압이 검출된 경우, 제어부(60)는 검출된 역기전압에 기초하여 모터 회전자의 위치를 산출하고 산출된 모터 회전자의 위치에 따라 모터(30)의 속도를 제어하는 속도제어를 수행한다(106).
이와 함께, 제어부(60)는 현재의 PWM 신호의 주기를 원래의 정상주기대로 환원시켜주기 위해 현재 PWM 신호의 주파수가 역기전압이 검출되는 범위 내에서 미리 설정된 PWM 신호의 주파수보다 낮거나 같은지를 판단한다(107).
판단결과 현재 PWM 신호의 주파수가 미리 설정된 PWM 신호의 주파수보다 높은 경우에는 제어부(60)는 현재 PWM 신호의 주파수를 감소시킨다(108). 그리고, 리턴하여 이 둘을 다시 비교하는 과정을 반복하여 PWM 신호의 주기를 원래의 정상주기대로 환원시킴으로서 운전 중에 추가로 발생할 수 있는 PWM 신호의 주파수의 상승에 따른 스위칭의 손실을 저감시키게 된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 검출주기가 되면 먼저 역기전압이 검출되었는지를 판단하여 역기전압이 검출되지 않은 경우에만 역기전압 검출을 위한 구동신호의 주기를 짧게 해줌으로서 불필요하게 구동신호의 주기를 짧게 하는 데 따른 스위칭 손실이 줄어드는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 역기전압이 검출되지 않는 경우, 구동신호의 주기를 짧게 함과 함께 모터의 운전회전수를 낮춤으로서 모든 운전영역에서 역기전압이 용이하게 검출되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 센서리스 BLDC 모터의 구동장치를 설명하기 위한 제어블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 역기전압 검출방법에 대한 제어흐름도이다.
*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*
10 : 정류부 20 : 인버터부
30 : 센서리스 BLDC 모터 40 : 구동부
50 : 역기전압검출부 60 : 제어부

Claims (5)

  1. 모터의 역기전압 검출을 위한 역기전압검출장치를 구비하고, 역기전압 검출을 위한 PWM 구동신호를 출력하는 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법에 있어서,
    상기 역기전압검출장치를 이용하여 상기 모터의 역기전압을 검출하고,
    상기 모터의 역기전압이 검출되었는지를 판단하고,
    상기 역기전압이 검출되었으면, 현재의 구동신호의 PWM 주파수를 유지시키고,
    상기 역기전압이 검출되지 않았으면, 상기 역기전압을 검출할 수 있는 시간영역을 늘리도록 상기 모터의 운전주파수를 낮춤과 함께 상기 역기전압 검출을 위한 검출동작의 횟수가 빈번해지도록 상기 PWM 신호의 주파수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 모터의 역기전압 검출을 위한 역기전압검출장치를 구비하고, 역기전압 검출을 위한 PWM 구동신호를 출력하는 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법에 있어서,
    상기 역기전압검출장치를 이용하여 상기 모터의 역기전압을 검출하고,
    상기 모터의 역기전압이 검출되었는지를 판단하고,
    상기 역기전압이 검출되지 않았으면, 상기 역기전압을 검출할 수 있는 시간영역을 늘리도록 상기 모터의 운전주파수를 낮춤과 함께 상기 역기전압 검출을 위한 검출동작의 횟수가 빈번해지도록 상기 PWM 신호의 주파수를 증가시키고,
    상기 역기전압이 검출되었으면, 상기 PWM 신호의 주파수와 미리 설정된 PWM 주파수를 비교하고, 상기 PWM 신호의 주파수가 미리 설정된 PWM 주파수보다 높으면, 상기 PWM 주파수가 상기 미리 설정된 PWM 주파수보다 낮거나 같아지도록 상기 PWM 주파수를 낮추는 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 모터의 역기전압 검출방법.
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