KR100594387B1

KR100594387B1 - 모터의 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR100594387B1
Application number: KR1020040079626A
Authority: KR
Inventors: 허성용
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2004-10-06
Publication date: 2006-06-30
Also published as: KR20060030763A

Abstract

본 발명은 모터에 3상 전압을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 전압의 역기전력을 각각 검출하여 3상 신호를 출력하는 역기전력 검출부, 상기 역기전력 검출부의 3상 신호에 따라 결정되는 통전 모드가 바뀔 때 마다 위치신호를 생성하고, 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이에 대응하는 현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 차이에 따라 상기 인버터부를 제어하는 마이컴을 포함한다.

본 발명에 따르면, 통전 모드가 바뀔 때 만들어지는 이전 위치 신호와 현재 위치신호의 차이를 카운트한 통전폭과 목표 통전폭을 비교하고 그에 따라 인버터부의 스위칭 소자에 인가하는 펄스폭 변조신호의 온 듀티를 설정함으로써 모터 토크를 제어한다. 따라서 본 발명은 저속도로 구동하는 경우 모터 토크의 불균형으로 인한 진동과 소음의 발생을 방지하며 기존과 같이 고가의 센서를 구비하지 않고 간편한 구성으로 구현할 수 있어서 경제적 부담을 해소할 수 있다.

Description

모터의 제어장치 및 방법{Motor Control Device And Method Thereof}

도 1은 본 발명에 따른 모터의 제어장치의 블록 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따라 모터에 인가하는 3상 전압과 역기전력 검출부에 의해 출력되는 3상 신호를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 모터의 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 4는 본 발명에 따라 통전폭을 보정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

100 : 전원부

200 : 인버터부

300 : 모터

400 : 역기전력 검출부

500 : 마이컴

본 발명은 모터의 제어장치 및 방법에 관한 것으로. 더욱 상세하게는 모터의 토크를 제어하기 위한 모터의 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

냉동 기기와 공조 기기에 적용하는 압축기 모터로서, 보통 센서리스 비엘디씨 모터(sensor less BLDC motor)를 사용한다.

센서리스 비엘디씨 모터를 제어하기 위해, 스위칭 소자들로 구성하는 인버터 회로에서 모터에 인가하는 3상 전압으로부터 역기전력을 각각 검출하여 이로부터 계산되는 모터 속도와 설정된 목표 속도의 차이에 근거하여 펄스폭변조 신호의 온 듀티(on duty)를 조절하고 이 펄스폭변조 신호를 인버터 회로에 인가하고 있다.

모터의 토크를 제어하는데 있어서 토크 변화가 심하게 나타나는 저속도의 부하에서는 토크 불균형으로 인한 진동이 커진다. 이를 감안하여 고성능의 디지털 신호처리 프로세서(DSP)와 전류 센서를 이용하여 토크 불균형을 보상하는 방식을 적용하고 있다. 그 하나의 예로 한국 특허공개 2001-3860에 과전류 검지부를 구비하여 모터를 제어하는 구성을 개시하고 있다. 그렇지만, 모터의 토크 제어를 위해 고성능의 프로세서와 전류 센서를 구비해야 하는 관계로 제품가격이 증가하여 경제적 부담이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 고가의 센서를 사용하지 않고 간단한 구성으로 모터의 부하 변동에 따른 토크 불균형을 방지할 수 있도록 한 모터의 제어장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

모터에 3상 전압을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 전압의 역기 전력을 각각 검출하여 3상 신호를 출력하는 역기전력 검출부를 구비하는 모터의 제어장치에 있어서,

상기 역기전력 검출부의 3상 신호에 따라 결정되는 통전 모드가 바뀔 때 마다 위치신호를 생성하고, 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이에 대응하는 현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 차이에 따라 상기 인버터부를 제어하는 마이컴을 포함한다.

상기 마이컴은 타이머와 상기 타이머를 이용하여 상기 현재 통전폭을 계산하는 통전폭 계산부와, 상기 현재의 통전폭과 목표 통전폭의 차이에 모터 토크를 제어하기 위한 보정신호를 출력하는 보정부를 포함한다.

상기 보정부는 그 차이의 절대값이 설정값보다 크되 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 작은 경우 상기 모터 토크가 커지도록 제1보정신호를 출력하고, 그 차이의 절대값이 설정값보다 크되 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 큰 경우 상기 모터 토크가 작아지도록 제2보정신호를 출력한다.

상기 인버터부에 펄스폭변조신호를 출력하는 펄스폭변조신호 출력부를 더 포함하고, 상기 펄스폭변조신호 출력부는 제1보정신호에 따라 펄스폭변조신호의 온 듀티를 크게 하여 상기 인버터부에 인가하고, 제2보정신호에 펄스폭변조신호의 온 듀티를 작게 하여 상기 인버터부에 인가한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

모터에 3상 전압을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 전압의 역기전력을 각각 검출하여 3상 신호를 출력하는 역기전력 검출부를 구비하는 모터의 제 어방법에 있어서,

상기 역기전력 검출부의 3상 신호에 따라 결정되는 통전 모드가 바뀔 때 마다 위치신호를 생성하고, 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이에 따라 현재 통전폭을 계산하며, 현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 절대값의 차이가 설정값보다 큰지를 판단하고, 그 판단 결과 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 작은 경우 상기 모터의 토크를 크게 하기 위해 상기 인버터부에 인가하는 펄스변조신호의 온 듀티를 크게 보정하고, 그 판단 결과 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 큰 경우 상기 모터의 토크를 작게 하기 위해 상기 인버터부에 인가하는 펄스변조신호의 온 듀티를 작게 보정한다.

이하, 상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터의 제어장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 모터의 제어장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 모터(300)를 구동하기 위해 전원부(100)와 인버터부(200)와 역기전력 검출부(400)를 구비하며, 이러한 구성은 기존의 모터 제어 장치에 통상 적용하고 있다. 모터는 센서리스 비엘디씨 모터를 적용한다.

인버터부는, 도시하지 않은 스위칭 소자들로 구성되며, 도 2에 도시한 바와 같이, 모터에 3상(U,V,W) 전압을 인가한다. 역기전력 검출부는 모터에 인가하는 3상 전압의 역기전력을 검출하여, 도 2에 도시한 바와 같이, 120°의 위상차를 가지는 3상(U,V,W) 신호를 출력한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 모터의 1사이클 동안 6개의 통전 모드(M1~M6)간 순환한다. 통전 모드는 3상 신호의 레벨에 따라 구분되며, 일 예로 M1 은 U 상과 W 상이 하이 레벨이고 V 상이 로우 레벨인 경우이다. 1사이클 동안 통전모드가 6번 즉 60°마다 바뀌는 시점(a1,a2,a3,a4,a5,a6)을 구분하기 위해 위치 신호를 생성하며, 그 위치신호에 따라 통전모드가 변화하지만, 해당 통전 모드에서 실제 통전이 이루어지는 통전 시점은 30°경과한 시점(a1,a2,a3,a4,a5,a6)에서 이루어진다.

모터를 저속 구동하는 경우 모터 토크의 불균형이 발생하게 되는데, 이때 통전모드를 구분하는 위치신호의 간격(통전폭)이 변화한다. 따라서 이 통전폭에 따라 모터 토크를 보상하여 주면 모터 토크의 불균형으로 인한 진동과 소음이 커지는 것을 방지할 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 역기전력검출부의 출력에 따라 인버터부를 제어하는 마이컴(500)을 구비한다.

마이컴은 위치신호 생성부(510)와 모터속도 계산부(520) 및 펄스폭변조신호 출력부(530)를 구비한다. 위치신호 생성부는 역기전력 검출부로부터 입력되는 3상 신호에 따라 통전 모드를 바뀌는 시점에서 위치 신호를 발생한다. 모터 속도는 위치신호에 따라 모터 속도를 계산하며 계산한 모터 속도와 설정된 목표 속도의 차이에 따라 모터 구동을 위한 모터 제어신호를 펄스폭변조신호 출력부에 인가한다. 펄스폭변조신호 출력부는 모터 제어신호에 따라 펄스폭변조신호의 온 듀티를 설정하고, 이렇게 설정한 펄스폭변조신호에 따라 인버터의 스위칭 소자들을 구동하여 모터 토크를 제어한다.

그런데 저속도 구동하는 경우 모터 토크의 불균형으로 인한 위치 신호들의 간격(통전폭)에 대한 변화에 따라 펄스폭변조신호를 출력하도록 한다.

이를 위해, 한 마이컴은 통전폭 계산부(540)와 저장부(550)와 타이머(560), 및 보정부(570)를 구비한다. 통전폭 계산부는 위치신호 생성부에서 발생하는 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이를 타이머를 이용하여 카운트하여 현재 통전폭을 계산하고, 보정부는 카운트한 현재 통전폭과 저장부에 저장한 목표 통전폭의 차이에 따라 모터 토크를 보상하기 위한 보상신호를 펄스폭변조신호 출력부에 제공한다.

이에 따라 펄스폭변조신호 출력부는 모터속도계산부에서 제공받은 모터 제어신호와 보정부에서 제공받은 보정신호에 따라 펄스폭변조신호의 온 듀티를 설정하여 인버터부에 인가함으로서 모터 토크를 보상한다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 모터의 제어방법을 설명한다.

먼저, 통전모드가 바뀌는 경우 위치신호가 입력된다. 6번의 통전모드에 의해 6종류의 위치신호가 만들어지며, 이 위치신호가 순환적으로 발생한다. 외부 요인이나 에러로 인하여 정상적인 위치신호가 입력되는지 판단하고(101), 정상적인 위치신호가 입력되지 않은 경우 모터를 정지한다(102).

차기 통전모드로 바뀜에 따라 차기 통전모드에 대응하는 정상적인 위치신호가 입력되는 경우, 타이머를 작동하고 통전폭 계산부는 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이(통전폭)을 타이머를 이용하여 카운트한다(103). 다음을 위해 타이머의 작동을 재개한다(restart)(105). 저장부는 카운트한 현재의 통전폭을 저장한다(107). 현재 위치신호에 따라 차기 통전모드를 결정한다(109).

보정부(570)는 카운트한 현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 차이를 계산하고(111), 그 차이의 절대값이 설정값(Z)보다 큰지를 판단하고(113), 그 차이의 절대값이 설정값(Z)보다 크면 모터 토크를 변화하기 위한 보정신호를 펄스폭변조신호 출력부에 제공한다. 이에 따라 펄스폭변조신호 출력부는 보정부의 보정신호와 모터속도계산부에서 제공하는 모터제어신호에 따라 펄스폭변조신호를 인버터부에 인가한다(115). 여기서, 그 차이의 절대값이 설정값(Z)보다 크되, 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 작은 경우(도 4의 A2), 통전되고 있는 상 전류가 작으므로 모터의 부하가 작게 걸리고 있는 상태이므로 차기 통전 시점에서는 모터에 부하가 크게 걸리게 되므로 이 점에 근거할 때 차기 통전시점에서는 펄스폭변조신호의 온 듀티를 크게 하여 차기 통전폭이 목표 통전폭(도 4의 A1)에 도달하도록 한다. 또한 그 차이의 절대값이 설정값(Z)보다 크되 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 큰 경우(도 4의 A3), 통전되고 있는 상 전류가 크므로 모터의 부하가 크게 걸리고 있는 상태이므로 차기 통전 시점에서는 모터에 부하가 작게 걸리게 되므로 이 점에 근거할 때 차기 통전시점에서는 펄스폭변조신호의 온 듀티를 작게 하여 차기 통전폭이 목표 통전폭(도 4의 A1)에 도달하도록 한다.

차기 통전모드의 통전 시점을 결정하고(117), 통전 시점이 결정된 경우, 위치신호의 입력 이후부터 통전폭의 X배수(0<X<1/2)를 경과하였는지 판단하고(118), 통전폭의 X배수를 경과한 경우 통전을 시작한다(120).

통전 시점이 결정되면 위치신호의 검출을 시작하기 위한 시작시점을 결정하며(119), 위치 시작시점이 결정된 경우, 위치신호의 입력 이후부터 통전폭의 Y배수 (0<X<3/4)를 경과하였는지 판단하고(122), 통전폭의 Y배수를 경과한 경우 다음 위치신호의 검출을 시작하며(124), 이후 시작 단계로 리턴한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 통전 모드가 바뀔 때 만들어지는 이전 위치 신호와 현재 위치신호의 차이를 카운트한 통전폭과 목표 통전폭을 비교하고 그에 따라 인버터부의 스위칭 소자에 인가하는 펄스폭 변조신호의 온 듀티를 설정함으로써 모터 토크를 제어한다. 따라서 본 발명은 저속도로 구동하는 경우 모터 토크의 불균형으로 인한 진동과 소음의 발생을 방지하며 기존과 같이 고가의 센서를 구비하지 않고 간편한 구성으로 구현할 수 있어서 경제적 부담을 해소할 수 있다.

Claims

모터에 3상 전압을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 전압의 역기전력을 각각 검출하여 3상 신호를 출력하는 역기전력 검출부를 구비하는 모터의 제어장치에 있어서,

상기 역기전력 검출부의 3상 신호에 따라 결정되는 통전 모드가 바뀔 때 마다 위치신호를 생성하고, 이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이에 대응하는 현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 차이에 따라 상기 인버터부를 제어하는 마이컴을 포함하는 모터의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 마이컴은 타이머와 상기 타이머를 이용하여 상기 현재 통전폭을 계산하는 통전폭 계산부와, 상기 현재의 통전폭과 목표 통전폭의 차이에 모터 토크를 제어하기 위한 보정신호를 출력하는 보정부를 포함하는 모터의 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 보정부는 그 차이의 절대값이 설정값보다 크되 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 작은 경우 상기 모터 토크가 커지도록 제1보정신호를 출력하고, 그 차이의 절대값이 설정값보다 크되 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 큰 경우 상기 모터 토크가 작아지도록 제2보정신호를 출력하는 모터의 제어장치.
제3항에 있어서,

상기 인버터부에 펄스폭변조신호를 출력하는 펄스폭변조신호 출력부를 더 포함하고, 상기 펄스폭변조신호 출력부는 제1보정신호에 따라 펄스폭변조신호의 온 듀티를 크게 하여 상기 인버터부에 인가하고, 제2보정신호에 펄스폭변조신호의 온 듀티를 작게 하여 상기 인버터부에 인가하는 모터의 제어장치.
모터에 3상 전압을 인가하는 인버터부와, 상기 인버터부의 3상 전압의 역기전력을 각각 검출하여 3상 신호를 출력하는 역기전력 검출부를 구비하는 모터의 제어방법에 있어서,

상기 역기전력 검출부의 3상 신호에 따라 결정되는 통전 모드가 바뀔 때 마다 위치신호를 생성하고,

이전 위치신호와 현재 위치신호의 차이에 따라 현재 통전폭을 계산하며,

현재 통전폭과 설정한 목표 통전폭의 절대값의 차이가 설정값보다 큰지를 판단하고, 그 판단 결과 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 작은 경우 상기 모터의 토크를 크게 하기 위해 상기 인버터부에 인가하는 펄스변조신호의 온 듀티를 크게 보정하고, 그 판단 결과 현재 통전폭이 목표 통전폭보다 큰 경우 상기 모터의 토크를 작게 하기 위해 상기 인버터부에 인가하는 펄스변조신호의 온 듀티를 작게 보정하는 모터의 제어방법.