KR100847455B1

KR100847455B1 - 단상 ｂｌｄｃ 모터 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100847455B1
Application number: KR1020070038107A
Authority: KR
Inventors: 이승열
Original assignee: 주식회사 대우일렉트로닉스
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2008-07-21

Abstract

본 발명은 BLDC 모터 제어의 정확도를 향상시키기 위한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 기 설정된 RPM까지 위치 검출 수단인 홀 소자의 센싱값을 토대로 모터를 제어하면서 기 설정된 RPM까지 도달 시 역기전력 신호값을 저장하고, 저장된 역기전력 신호값을 토대로 기 설정된 RPM 이후 RPM의 역기전력 추론값을 산출하여 모터를 제어함으로서, 추론 데이터의 정확도를 향상시켜 모터 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.

단상, BLDC 모터, 홀 소자

Description

단상 ＢＬＤＣ 모터 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING SINGLE PHASE DIRECT BRUSHLESS MOTOR}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터 제어 장치를 도시한 회로도이며,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터를 제어하는 과정을 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

102 : 제어 블록 104 : 모터

106 : 위치 검출부 108 : 역기전력 검출부

110 : 메모리 112 : 역기전력 추론부

114 : PWM 인버터

본 발명은 모터 구동회로에 관한 것으로, 단상 BLDC(brushless direct current) 모터를 제어하는데 정확도를 향상시키기 위한 단상 BLDC 모터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, BLDC 모터는 직류 모터에서 정류자(commutator)와 브러시(brush) 등과 같은 기계적 접촉을 유발하는 부분을 제거함으로써, 전기적, 기계적 노이즈가 발생하지 않으며, 또한 그로 인해 수명 장수화를 실현할 수 있는 모터로서 널리 사용되고 있다.

즉, 상기한 BLDC 모터는 자장 형성을 위한 다수의 영구자석을 갖는 회전자(rotor)와 이 회전자의 영구자석에 의한 자장과의 상호 작용으로 회전자를 회전시키는 토크를 발생시키는 코일이 권선된 고정자(stator)를 포함한다.

또한, BLDC 모터는 모터의 회전자의 회전 위치를 검출하기 위해서 홀 소자와 같은 특별한 위치 검출 센서를 사용하여 모터의 회전자 위치를 검출하고, 검출 신호에 의해 인버터에 포함된 복수의 스위칭 소자의 통전 상태를 순차적으로 전환해 고정자 코일에 흐르는 전류를 제어함으로서, 모터를 구동하고 있다.

한편, 이러한 BLDC 모터는 0∼38,000RPM까지 회전되며, 무부하 시 45,000RPM까지 회전된다.

종래 기술에 따라 이러한 BLDC 모터의 회전 구동을 제어 할 때에는 홀 소자에 의한 센싱값을 토대로 기 설정된 RPM까지 모터의 회전 구동을 제어하고, 기 설정된 RPM 이후에는 홀 소자의 센싱값에 의거한 추론값을 토대로 모터의 회전 구동을 제어한다.

그러나, 홀 소자의 센싱값은 모터의 회전에 대응하여 정확히 검출되어야 하지만 그 동작 특성이 직접적인 검출법이 아닌 관계로 정확성이 다소 떨어지기 때문에 모터의 정밀 제어를 방해하는 요소가 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 단상 BLDC 모터를 제어하는데 정확도를 향상시킬 수 있는 단상 BLDC 모터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은, 고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 제어하는 장치로서, 상기 회전자에 연결되어 기 설정된 NRPM까지의 상기 모터 구동을 제어하기 위한 센싱값을 제공하는 위치 검출부와, 상기 기 설정된 NRPM까지 상기 모터가 회전될 때 상기 고정자에 유기되는 역기전력 신호값들을 검출하는 역기전력 검출부와, 상기 역기전력 검출부에서 검출된 역기전력 신호값들을 토대로 상기 기 설정된 NRPM 이후의 상기 모터 구동을 제어하기 위한 역기전력 추론값을 산출하는 역기전력 추론부와, 상기 기 설정된 NRPM까지 상기 센싱값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 기 설정된 NRPM 이후에서 상기 역기전력 추론값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하는 제어 블록을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위한 다른 관점에 따른 본 발명은, 고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 제어하는 방법으로서, 기 설정된 N RPM까지 상기 모터가 회전할 때 상기 회전자에 연결된 위치 검출부로부터 센싱값을 제공받아 상기 모터의 구동을 제어하는 단계와, 상기 기 설정된 N RPM까지 상기 모터가 회전할 때 상기 고정자에서 유기되는 역기전력 신호값들을 메모리에 저장하는 단계와, 상기 기 설정된 NRPM 이상의 RPM으로 상기 모터가 구동되면, 상기 메모리에 저장된 역기전력 신 호값들을 토대로 상기 NRPM 이후의 역기전력 추론값을 산출하는 단계와, 상기 역기전력 추론값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 기 설정된 RPM까지 위치 검출 수단인 홀 소자의 센싱값을 토대로 모터를 제어하면서 기 설정된 RPM까지 도달 시 역기전력(back electro motive force) 신호값을 저장하고, 저장된 역기전력 신호값을 토대로 기 설정된 RPM 이후 RPM의 역기전력 추론값을 산출하여 모터를 제어한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터 구동 장치를 도시한 회로도로서, 제어 블록(102), 모터(104), 위치 검출부(106), 역기전력 검출부(108), 메모리(110), 역기전력 추론부(112) 및 4개의 스위칭 소자(Q11, Q12, Q13, Q14)로 구성된 PWM 인버터(114) 등을 포함한다.

도 1을 참조하면, 제어 블록(102)은, 예를 들면 단상 BLDC 모터의 전반적인 동작 제어를 수행하는 마이크로프로세서(제어 칩)인 것으로, 외부로부터 제공되는 모터(104) 구동신호에 응답하여 PWM 인버터(114)의 스위칭 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 제어한다. 즉, 제어 블록(102)은 외부로부터 제공되는 모터 구동 신호에 응답하여 두 쌍의 스위치 소자, 즉 Q11과 Q13으로 된 제 1 스위칭 소자와 Q12와 Q14로 된 제 2 스위칭 소자를 교번적으로 작동(온)시키기 위한 스위칭 제어신호를 발생하여 라인 L11 및 L12를 통해 교번적으로 제공한다.

또한, 제어 블록(102)은 위치 검출부(106)로부터 검출된 센싱값 및 역기전력 추론부(112)로부터 역기전력 추론값을 토대로 PWM 인버터(114)를 구성하는 스위칭 소자의 게이트를 제어한다.

모터(104)는 PWM 인버터(114)의 구동에 따라 유기되는 역기전력 신호값을 출력하는 고정자와 위치 검출부(106)가 연결되어 있는 회전자를 구비하고 있다.

위치 검출부(106)는, 예를 들면 모터(104)의 회전자에 연결되어 회전자의 위치를 검출하는 홀 센서인 것으로, 회전자의 회전 위치, 즉 홀 센서의 센싱값을 검출하여 제어 블록(102)에 출력한다.

한편, 위치 검출부(106)는 기 설정된 NRPM, 예컨대 3000∼6000RPM(바람직하게는 3600RPM)으로 모터(104)가 회전할 때까지만 제어 블록(102)의 제어에 의해 동작되며, 이때 검출된 센싱값을 제어 블록(102)에 제공한다.

역기전력 검출부(108)는 기 설정된 NRPM까지 모터(104)가 회전할 동안 모터(104)의 고정자로부터 유기되는 역기전력 신호값을 검출하여 메모리(110)에 저장시킨다.

역기전력 추론부(112)는 메모리(110)에 저장된 기 설정된 NRPM까지의 역기전력 신호값들을 이용하여 NRPM 이후의 역기전력 신호값을 비례 추론함으로서, NRPM 이후의 RPM별 역기전력 추론값을 산출한다. 즉, 역기전력 검출부(108)에서 0∼N RPM까지의 역기전력 신호값이 10000개가 검출된 경우 검출된 역기전력 신호값은 메모리(110)에 축적되고, 역기전력 추론부(112)는 메모리(110)에 축적된 10000개의 역기전력 신호값을 이용하여 N∼2N까지의 역기전력 신호값을 비례 추론하여 각 RPM별 역기전력 추론값을 산출하고, 이를 제어 블록(102)에 제공한다.

한편, 역기전력 추론부(112)는 이후 RPM, 예컨대 2N 이후 RPM에서도 N∼2NRPM 대에 산출된 역기전력 추론값을 토대로 비례 추론하여 2NRPM부터 3NRPM까지의 역기전력 추론값을 산출하여 제어 블록(102)에 제공한다.

즉, 역기전력 추론부(112)는 기 설정된 NRPM까지 고정자에서 유기되는 역기전력 신호값들을 이용하여 NRPM부터 2NRPM까지의 역기전력 신호를 비교 추론하여 역기전력 추론값을 산출하며, 2NRPM부터는 이전 NRPM대에 산출된 역기전력 추론값을 역기전력 신호값들로 설정한 후 다음 NRPM대의 역기전력 추론값을 산출한다.

상기와 같은 구성을 갖는 단상 BLDC 모터를 제어하는 과정에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 단상 BLDC 모터의 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 제어 블록(102)은 모터(104) 구동신호에 응답하여 PWM 인버터(114)의 스위칭 소자들(Q11, Q12, Q13, Q14)을 제어함으로서, 모터(104)를 기 설정된 RPM, 예컨대 3600RPM까지 회전시킨다(S200).

이때, 3600RPM까지 모터(104)를 회전시키는 경우 제어 블록(102)은 모터(104)의 회전자와 연결된 위치 검출부(106)에서 검출된 센싱값을 토대로 PWM 인버터(114)를 제어한다(S202).

한편, 역기전력 검출부(108)는 3600RPM까지 모터(104)가 회전될 때 모 터(104)의 고정자에서 유기되는 역기전력 신호값들을 검출하여 메모리(110)에 저장한다(S204).

이후, 3600RPM 이상으로 모터(104)가 회전되면(S206), 역기전력 추론부(112)는 메모리(110)에 저장된 역기전력 신호값들을 토대로 3600RPM부터 7200RPM까지의 역기전력 신호값들을 비례 추론함으로서 3600RPM부터 7200RPM까지의 역기전력 추론값을 산출한다(S208).

제어 블록(102)은 역기전력 추론부(112)에서 산출된 역기전력 추론값을 토대로 PWM 인버터(114)를 제어하여 모터(104)를 제어한다(S210).

그런 다음, 7200RPM 이상의 RPM으로 모터(104)의 회전이 필요한 경우, 역기전력 추론부(110)는 이전 NRPM 대(3600∼7200RPM) 역기전력 추론값을 토대로 7200RPM∼10800RPM의 역기전력 신호값들 비례 추론함으로서, 역기전력 추론값을 산출하여 제어 블록(102)에 제공한다. 이에, 제어 블록(102)은 제공받은 역기전력 추론값을 토대로 PWM 인버터(114)를 제어하여 모터(104)를 회전시킨다.

상기와 같이 역기전력 비례 추론 방식으로 일정 RPM, 예컨대 38000RPM까지 모터(104)의 회전을 제어함으로서, 추론 데이터의 정확도를 향상시킨다.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 기 설정된 RPM까지 위치 검출 수단인 홀 소자의 센싱값을 토대로 모터를 제어하면서 기 설정된 RPM까지 도달 시 역기전력 신호값을 저장하고, 저장된 역기전력 신호값을 토대로 기 설정된 RPM 이후 RPM의 역기전력 추론값을 산출하여 모터를 제어함으로서, 추론 데이터의 정확도를 향상시켜 모터 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 제어하는 장치로서,

상기 회전자에 연결되어 기 설정된 NRPM까지의 상기 모터 구동을 제어하기 위한 센싱값을 제공하는 위치 검출부와,

상기 기 설정된 NRPM까지 상기 모터가 회전될 때 상기 고정자에 유기되는 역기전력 신호값들을 검출하는 역기전력 검출부와,

상기 역기전력 검출부에서 검출된 역기전력 신호값들을 토대로 상기 기 설정된 NRPM 이후의 상기 모터 구동을 제어하기 위한 역기전력 추론값을 산출하는 역기전력 추론부와,

상기 기 설정된 NRPM까지 상기 센싱값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하고, 상기 기 설정된 NRPM 이후에서 상기 역기전력 추론값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하는 제어 블록

을 포함하는 단상 BLDC 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 역기전력 추론부는,

상기 NRPM 간격으로 역기전력 추론값을 산출하는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 역기전력 추론부는,

상기 기 설정된 NRPM까지 상기 고정자에서 유기되는 상기 역기전력 신호값들을 이용하여 상기 NRPM부터 2NRPM까지의 역기전력 신호를 비교 추론하여 역기전력 추론값을 산출하며, 상기 2NRPM 이후부터 이전 상기 NRPM대에 산출된 역기전력 추론값을 역기전력 신호값들로 설정한 후 다음 NRPM대의 역기전력 추론값을 산출하는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 제어 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기 설정된 NRPM은, 3000∼6000RPM인 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 제어 장치.
고정자와 회전자로 된 단상 BLDC 모터를 제어하는 방법으로서,

기 설정된 N RPM까지 상기 모터가 회전할 때 상기 회전자에 연결된 위치 검출부로부터 센싱값을 제공받아 상기 모터의 구동을 제어하는 단계와,

상기 기 설정된 N RPM까지 상기 모터가 회전할 때 상기 고정자에서 유기되는 역기전력 신호값들을 메모리에 저장하는 단계와,

상기 기 설정된 NRPM 이상의 RPM으로 상기 모터가 구동되면, 상기 메모리에 저장된 역기전력 신호값들을 토대로 상기 NRPM 이후의 역기전력 추론값을 산출하는 단계와,

상기 역기전력 추론값을 토대로 상기 모터의 구동을 제어하는 단계

를 포함하는 단상 BLDC 모터 제어 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 2NRPM 이상으로 상기 모터가 구동되면, 이전 상기 NRPM대에 산출된 역기전력 추론값을 역기전력 신호값들로 설정한 후 다음 NRPM대의 역기전력 추론값을 산출하는 것을 특징으로 하는 단상 BLDC 모터 제어 방법.