KR100858534B1

KR100858534B1 - Method for controlling BLDC motor for inverter airconditioner

Info

Publication number: KR100858534B1
Application number: KR1020020038457A
Authority: KR
Inventors: 임성엽; 박귀근
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2008-09-16
Also published as: KR20040003700A

Abstract

본 발명은 입력전압의 크기에 따라서 모터의 시동 제어를 위한 표준 PWM신호를 보상하여 원활한 시동이 이루어지도록 하는 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 입력전압에 따라서 가속구간의 PWM 듀티를 자동적으로 가변하므로서, 입력전압에 관계없이 초기 시동전류를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제어로 본 발명은 DC 링크 전압의 가변되므로 인하여 초기 시동전류의 변화발생으로 압축기 시동이 실패하는 것을 방지할 수 있다.
The present invention relates to a control method of a BCD motor in an inverter air conditioner to compensate for the standard PWM signal for the start control of the motor according to the magnitude of the input voltage to achieve a smooth start. In the present invention, the PWM duty of the acceleration section is automatically changed according to the input voltage, so that the initial starting current is kept constant regardless of the input voltage. With this control, the present invention can prevent the compressor from failing due to the change of the initial starting current due to the change of the DC link voltage.

인버터 에어컨, 압축기, 초기시동전류, Inverter air conditioner, compressor, initial starting current,

Description

Method for controlling BLDC motor for inverter airconditioner

도 1은 일반적인 인버터 에어컨에서 모터 제어 구성도,1 is a motor control configuration diagram of a typical inverter air conditioner,

도 2는 일반적인 비엘디씨 모터의 제어 상태도,2 is a control state diagram of a general BCD motor,

도 3는 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법을 나타내는 동작 흐름도,3 is an operation flowchart illustrating a control method of a BCD motor in an inverter air conditioner according to the present invention;

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 비엘디씨 모터의 구동 제어를 위한 출력 파형도,4A to 4D are output waveform diagrams for driving control of a BCD motor according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어를 위한 구성도.5 is a configuration diagram for the control of the BCD motor in the inverter air conditioner according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

110 : 인버터스위칭부 115 : 게이트 드라이브110: inverter switching unit 115: gate drive

120 : PWM 제어부 125 : 회전자위치검출회로120: PWM control section 125: rotor position detection circuit

130 : 비엘디씨 모터 135 : 전류보호회로130: BLC motor 135: current protection circuit

140 : 제어부 150 : 입력전압감지부
140: control unit 150: input voltage detection unit

본 발명은 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입력전압의 크기에 따라서 모터의 시동 제어를 위한 표준 PWM신호를 보상하여 원활한 시동이 이루어지도록 하는 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a BCD motor in an inverter air conditioner, and more particularly, to a BCD motor in an inverter air conditioner to compensate for a standard PWM signal for controlling the starting of the motor according to the magnitude of the input voltage. It relates to a control method of.

일반적으로 직류모터는 교류모터에 비하여 소형이면서도 효율이 좋으며, 연속적인 가변속운전이 가능한 것으로 알려져 있다. 비엘디씨 모터도 직류모터의 한 종류이다. 상기 비엘디씨(BLDC ; Brushless Direct Current)모터는, 무정류자 모터라고도 한다. 최근에는 인버터 에어컨에서 압축기 모터에 상기 비엘디씨 모터를 사용하고 있다.In general, DC motors are known to be smaller and more efficient than AC motors, and are capable of continuous variable speed operation. The BCD motor is also a type of DC motor. The brushless direct current (BLDC) motor is also referred to as a non-commutator motor. Recently, the BLC motor is used as a compressor motor in an inverter air conditioner.

상기 비엘디씨 모터는, DC 모터의 중요한 부품인 브러쉬와 정류자 대신에 트랜지스터나 MOSFET를 이용한 전자회로에 의하여 스위칭하여 구동하는 모터이다. 상기 모터의 동작은, DC 전원으로부터 공급되는 전류를 모터의 3상 또는 4상 권선에 분배하는 것으로, 이를 위해서는 회전자의 위치를 검출하고, 상기 검출정보에 기초하여 상기 모터의 3상 권선으로 전류 공급을 온/오프 하는 트랜지스터의 스위칭동작을 제어해서 모터의 회전과 속도를 제어하게 된다.The BCD motor is a motor that is switched and driven by an electronic circuit using a transistor or a MOSFET instead of a brush and a commutator which are important parts of a DC motor. The operation of the motor is to distribute the current supplied from the DC power supply to the three-phase or four-phase winding of the motor. For this purpose, the position of the rotor is detected and the current is transmitted to the three-phase winding of the motor based on the detection information. By controlling the switching operation of the transistor to turn the supply on / off to control the rotation and speed of the motor.

도 1은, 일반적인 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어를 위한 구성도를 도시하고 있다. 1 is a block diagram for controlling a BLC motor in a general inverter air conditioner.

도시되고 있는 인버터 에어컨의 비엘디씨 모터는, 압축기에 사용되고 있다. 즉, 인버터 에어컨에서 압축기의 동작을 위해서 비엘디씨 모터를 사용하고 있다. 상기 비엘디씨 모터는, 센서가 없는 센서리스형 이다. 상기 센서리스형 비엘디씨 모터는, 초기 기동시 회전자의 위치 검출이 불가능하여 강제 기동을 행한 후 유기기전력을 검지하여, 회전자의 위치를 검지하게 된다. The BCD motor of the inverter air conditioner shown is used for the compressor. In other words, the BLC motor is used for the operation of the compressor in the inverter air conditioner. The BCD motor is a sensorless type without a sensor. The sensorless BCD motor is unable to detect the position of the rotor at initial startup, and after the forced starting, the organic electromotive force is detected to detect the position of the rotor.

도 1에 도시되고 있는 바와 같이, 비엘디씨 모터의 제어 구성은, 3상 권선을 갖는 압축기의 비엘디씨 모터(30)와, 상기 모터(30)의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자를 구비한 인버터스위칭부(10)와, 상기 스위칭소자의 구동을 제어하는 게이트 드라이브(15)와, 상기 모터(30)의 과부하를 감지하기 위하여 모터의 동작 전류를 검출하는 전류보호회로(35)와, 상기 모터 회전자의 회전위치와 회전속도 등의 정보를 얻기 위한 회전자위치검출회로(25)와, 모터의 구동을 총괄적으로 제어하는 제어부(40)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 제어부(40)와 게이트 드라이브(15) 사이에는 펄스폭 제어를 위한 PWM제어부(20)가 포함되어, 상기 제어부(40)의 제어하에 상기 게이트 드라이브(15)에 PWM 제어신호를 공급한다. 상기 인버터스위칭부(10)는, 6개의 트랜지스터와 6개의 다이오드로 구성된다.As shown in FIG. 1, the control configuration of the BCD motor includes a plurality of switching to switch the BCD motor 30 of the compressor having a three-phase winding and the voltage applied to each phase of the motor 30. Inverter switching unit 10 having an element, the gate drive 15 for controlling the driving of the switching element, and the current protection circuit 35 for detecting the operating current of the motor to detect the overload of the motor 30 ), A rotor position detection circuit 25 for obtaining information such as the rotational position and rotation speed of the motor rotor, and a control unit 40 for controlling the driving of the motor as a whole. In addition, a PWM control unit 20 for controlling pulse width is included between the control unit 40 and the gate drive 15, and supplies a PWM control signal to the gate drive 15 under the control of the control unit 40. The inverter switching unit 10 is composed of six transistors and six diodes.

다음은 상기와 같은 구성을 갖는 센서리스형 비엘디씨 모터의 동작을 상세하게 설명한다.Next, the operation of the sensorless BCD motor having the above configuration will be described in detail.

DC 전원(Vdc)이 인버터 스위칭부(10)를 통해서 비엘디씨 모터(30)에 공급되면, 모터(30) 회전자의 회전에 따라서 모터의 3상 권선에는 역기전력이 출력된다. 이때, 회전자위치검출회로(25)는, 상기 모터의 3상 권선의 역기전력을 검출하여 제어부(40)에 인가한다. 상기 회전자위치검출회로(25)는, 상기 3상 권선의 역기전력을 검출하고, 검출한 역기전력을 기준값과 비교하여 구형파신호로 변환해서 출력한다. 이렇게 출력되는 비교결과에 따른 구형파신호는, 제어부(40)에 입력되고, 상기 제어부(40)는 입력되는 구형파신호에 의하여 현재 회전자의 위치를 검출하게 된다.When the DC power supply Vdc is supplied to the BCD motor 30 through the inverter switching unit 10, the counter electromotive force is output to the three-phase winding of the motor according to the rotation of the rotor of the motor 30. At this time, the rotor position detection circuit 25 detects the counter electromotive force of the three-phase winding of the motor and applies it to the controller 40. The rotor position detection circuit 25 detects the counter electromotive force of the three-phase winding, compares the detected counter electromotive force with a reference value, and converts the counter electromotive force into a square wave signal for output. The square wave signal according to the comparison result thus output is input to the control unit 40, and the control unit 40 detects the position of the current rotor by the input square wave signal.

이렇게 해서 회전자의 위치가 검출되면, 제어부(40)는 PWM 제어부(20)를 통해서 게이트 드라이브(15)를 제어하여 모터(30)의 각 상에 공급되는 전류를 제어하게 된다. 이때, 인버터스위칭부(10)는, 6개의 트랜지스터가 온/오프 동작하는데, 상기 모터(30)의 3상 권선 중에서 항상 2상의 권선으로 전류가 공급되도록 하면서 모터(30)의 회전속도를 제어하게 된다.When the position of the rotor is detected in this way, the controller 40 controls the gate drive 15 through the PWM controller 20 to control the current supplied to each phase of the motor 30. At this time, the inverter switching unit 10, the six transistors on / off operation, to control the rotational speed of the motor 30 while the current is always supplied to the two-phase winding of the three-phase winding of the motor 30. do.

또한, 제어부(40)는 상기 인버터 스위칭부(10)로부터 전류를 검지하는 전류보호회로(35)에서 검출한 전류값을 인가받고, 서지 전류 및 과전류를 검출하여 모터의 안정적인 동작을 도모한다. In addition, the controller 40 receives the current value detected by the current protection circuit 35 detecting the current from the inverter switching unit 10, detects the surge current and the overcurrent, and achieves stable operation of the motor.

즉, DC 형 모터의 경우에서는 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 의해서 모터(30)의 3상 권선 중에서 2상의 권선으로 전류가 공급되도록 제어하면서 구동되고 있다.That is, in the case of a DC type motor, it is driven by detecting the position of the rotor and controlling the current to be supplied to the two-phase winding of the three-phase winding of the motor 30 by the detected position of the rotor.

이것은 비엘디씨 모터는, U상, V상, W상 세개의 코일과 회전자로 구성되고 있고, 모터는 상기 3개의 코일에 번갈아서 하이(High), 로우(Low), 오픈(0) 상의 전압이 인가되면서, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전 시켜서 구동된다. 따라서 제어부(40)는, 현재 회전자의 위치를 정확히 검출해야만, 상기 3상 코일에 인가되는 전압을 정확히 제어하는 것이 가능하게 된다.The BCD motor is composed of three coils and a rotor of U phase, V phase, and W phase, and the motor has high, low, and open phase voltages alternately with the three coils. While being applied, the magnetic force generated in the coil by the voltage is driven by rotating the rotor of the motor. Therefore, the controller 40 can accurately control the voltage applied to the three-phase coil only by accurately detecting the position of the current rotor.

한편, 센서리스형 비엘디씨 모터의 구동 제어에서, 회전자의 위치는 상기 회전자위치검출회로(25)에서 검출되는 역기전력을 이용하여 검출한다. 상기 역기전력은 회전자의 회전속도에 관련있는 함수이며, 정지 또는 저속 회전시의 역기전력을 상기 회전자위치검출회로(25)를 통해서 검출하는 것은 불가능하다. 따라서 일반적으로 센서리스형 비엘디씨 모터의 구동회로는, 상기 회전자위치검출회로(25)가 역기전력을 안정적으로 검출할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 임의로 회전시키는 제어를 수행한다.On the other hand, in the drive control of the sensorless BCD motor, the position of the rotor is detected using the counter electromotive force detected by the rotor position detection circuit 25. The counter electromotive force is a function related to the rotational speed of the rotor, and it is impossible to detect the counter electromotive force at the stop or low speed rotation through the rotor position detection circuit 25. Therefore, in general, the driving circuit of the sensorless BCD motor performs control to arbitrarily rotate the motor to a speed at which the rotor position detection circuit 25 can stably detect counter electromotive force.

이러한 제어를 위해서 모터(30)는, 도 2에 도시되고 있는 바와 같은 패턴으로 제어하고 있다. For this control, the motor 30 is controlled by the pattern as shown in FIG.

즉, 모터(30)의 구동단계는, 초기화구간과, 가속 구간 그리고 센서리스구간으로 구성되어진다. 상기 초기화구간은, 정지된 회전자의 위치를 알지 못하는 구간이다. 상기 가속구간은, 상기 회전자위치검출회로(25)에서 검출되는 역기전력이 작기 때문에, 회전자의 위치를 인식하기가 어려운구간이다. 따라서 상기 가속구간에서는, 상기 회전자위치검출회로(25)에서 역기전력을 안정적으로 검지할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 가속시킨다. 마지막으로 센서리스구간은, 검출되는 역기전력에 의해서 회전자의 위치가 검출되는 구간이다. 따라서 상기 센서리스구간에 들어서면서부터는 회전자의 정상적인 제어가 실시되어진다. That is, the driving step of the motor 30 is composed of an initialization section, an acceleration section and a sensorless section. The initialization section is a section that does not know the position of the stationary rotor. The acceleration section is a section in which it is difficult to recognize the position of the rotor because the counter electromotive force detected by the rotor position detection circuit 25 is small. Therefore, in the acceleration section, the motor is accelerated up to a speed at which the rotor position detection circuit 25 can stably detect counter electromotive force. Finally, the sensorless section is a section in which the position of the rotor is detected by the detected back EMF. Therefore, the normal control of the rotor is performed from entering the sensorless section.

한편, 상기 초기화구간은, 정지된 회전자의 위치를 모르기 때문에, 일정위치로 회전자가 올 수 있도록 정해진 신호를 출력하는 구간이다. 따라서 제어부(40)는 정해진 패턴으로 상기 초기화구간에 따른 PWM 제어를 모터(30)의 3상 권선에 수행하게 된다.On the other hand, the initialization section is a section for outputting a signal so that the rotor can come to a fixed position because the position of the stationary rotor is not known. Therefore, the controller 40 performs the PWM control according to the initialization section on the three-phase winding of the motor 30 in a predetermined pattern.

상기 초기화구간이 진행되어서 회전자의 위치가 기설정된 위치에 고정되면, 다음은 상기 모터로 공급되는 전압의 크기를 가변시켜서 모터 RPM을 점차적으로 증가시키는 가속구간의 제어가 이루어진다.When the initialization section is progressed and the position of the rotor is fixed to the preset position, the next step is to control the acceleration section to gradually increase the motor RPM by varying the magnitude of the voltage supplied to the motor.

그리고 상기 센서리스구간에서는, 상기 가속구간에서 시동이 걸린 압축기 모터로부터 검출되는 역기전력에 기초하여 회전자의 위치를 검출하고, 검출된 회전자의 위치에 따라서 압축기 모터의 회전을 제어하게 된다.In the sensorless section, the position of the rotor is detected based on the counter electromotive force detected from the compressor motor started in the acceleration section, and the rotation of the compressor motor is controlled according to the detected position of the rotor.

그런데 종래의 비엘디씨 모터의 제어방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional BLC motor control method has the following problems.

종래의 비엘디씨 모터의 가속구간에서는, 입력전압에 관계없이 주파수별로 결정된 PWM 듀티로 상기 인버터스위칭부(10)의 6개의 스위칭소자의 스위칭동작을 제어하고 있다.In the acceleration section of the conventional BCD motor, the switching operation of the six switching elements of the inverter switching unit 10 is controlled by the PWM duty determined for each frequency regardless of the input voltage.

즉, 제어부(40)는, 상기 초기화구간에서 가속구간으로 진행되면서, 정지상태에 있던 회전자를 회전시키는 제어를 수행하게 된다. 이때, 제어부(40)는, 주파수를 점차적으로 상승시키면서, 가속구간을 제어하고, 상기 주파수는, 일정값에 도달할때까지 계속해서 상승되어진다. 이와 같은 제어를 수행할 때, 제어부(40)는, 상기 주파수별로 결정되고 있는 듀티로 상기 스위칭소자의 온/오프 스위칭을 제어하게 된다. That is, the controller 40 performs the control of rotating the rotor in the stationary state while proceeding from the initialization section to the acceleration section. At this time, the control unit 40 controls the acceleration section while gradually increasing the frequency, and the frequency is continuously increased until the constant value is reached. When performing such control, the controller 40 controls on / off switching of the switching element with a duty determined for each frequency.

그런데 종래 주파수별로 결정되고 있는 듀티는, 표준전압에서의 듀티값이다. 그렇기 때문에 입력전압이 표준전압보다 낮을 때는, 상기 표준전압에서의 듀티값에 따르면 모터(30)의 출력전류가 낮아지고, 반대로 입력전압이 표준전압보다 높을 때는 상기 표준전압에서의 듀티값에 의해 스위칭소자가 동작하면 모터의 출력전류가 높아지는 현상이 발생된다.By the way, the duty determined for each frequency conventionally is the duty value at the standard voltage. Therefore, when the input voltage is lower than the standard voltage, the output current of the motor 30 is lowered according to the duty value at the standard voltage, and conversely, when the input voltage is higher than the standard voltage, the switching is made by the duty value at the standard voltage. When the device operates, the output current of the motor increases.

이것은, 입력전압의 크기에 따라서 모터에 공급되는 DC 링크전압이 변화하기 때문이다. 따라서 입력전압에 따라서 낮아진 전류값과 높아진 전류값으로 인하여 초기 회전자의 위치가 가변하게 되는 경우가 발생되고, 이러한 경우 가속구간의 제어 완료 후 수행되는 센서리스구간에서 회전자의 위치를 감지하는데 실패현상을 유발시킨다. 또한, 초기 시동시에 전류치가 일정하지 않으므로 인하여, 압축기 시동 소음이 발생되기도 한다.
This is because the DC link voltage supplied to the motor changes depending on the magnitude of the input voltage. Accordingly, the position of the initial rotor may vary due to the lowered current value and the higher current value depending on the input voltage. In this case, the position of the rotor may not be detected in the sensorless section performed after the control of the acceleration section is completed. Cause the phenomenon. In addition, since the current value is not constant at the time of initial startup, compressor start noise may be generated.

따라서 본 발명의 목적은 인버터 에어컨에서 압축기 모터의 가속구간의 PWM 듀티 제어를 입력전압의 크기에 따라서 자동적으로 가변해서 초기 시동시에 원활한 시동이 이루어질 수 있도록 제어하는 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법을 제공함에 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to control the PWM duty control of the acceleration section of the compressor motor in the inverter air conditioner automatically changes according to the magnitude of the input voltage to control the BCD motor in the inverter air conditioner to control the smooth start at the initial start-up In providing.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모 터의 제어방법은, 정지상태의 모터 회전자가 일정위치로 이동할 수 있도록 기설정된 패턴의 신호를 출력하는 단계와; 입력전압의 크기에 반비례하도록 표준 PWM신호 듀티를 조정하고, 상기 조정된 표준 PWM신호 듀티값에 따라서 모터의 속도를 소정값까지 점차적으로 가속시키는 단계와; 모터 회전자의 위치신호에 따라서 모터의 속도를 조절하는 단계를 포함하여 구성된다.The control method of the BCD motor in the inverter air conditioner according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: outputting a signal of a predetermined pattern so that the motor rotor in a stationary state to move to a predetermined position; Adjusting the standard PWM signal duty to be inversely proportional to the magnitude of the input voltage, and gradually accelerating the speed of the motor to a predetermined value according to the adjusted standard PWM signal duty value; And adjusting the speed of the motor in accordance with the position signal of the motor rotor.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a control method of a BCD motor in an inverter air conditioner according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 인버터 에어컨에서 비엘디씨 모터의 제어방법은, 도 4a에 도시되고 있는 바와 같이, 정지된 회전자의 위치를 알지 못해서 정해진 패턴의 출력으로 회전자를 일정위치로 이동하도록 제어하는 초기화구간과, 모터가 회전되면서 발생되는 역기전력으로 회전자의 위치를 인식하기까지 제어하는 가속구간과, 이후 검출되는 역기전력에 의해서 회전자의 위치를 검지하면서 모터의 회전과 속도를 제어하는 센서리스구간으로 이루어진다.In the inverter air conditioner according to the present invention, the control method of the BCD motor, as shown in Figure 4a, do not know the position of the stationary rotor, the initialization section for controlling to move the rotor to a predetermined position with the output of a predetermined pattern And an acceleration section for controlling the recognition of the position of the rotor by the counter electromotive force generated while the motor rotates, and a sensorless section for controlling the rotation and speed of the motor while detecting the position of the rotor by the detected back electromotive force. .

특히, 상기 가속구간은, 입력전압의 크기에 따라서 가속구간의 출력전류 제어를 위한 PWM신호의 듀티를 가감하는 것을 특징으로 한다. 상기 PWM신호는, 인버터스위칭부에 포함되고 있는 6개의 스위칭소자의 온/오프 동작 제어를 위한 신호이다. 따라서 입력전압이 표준전압과 비교해서 높을 때는 상기 PWM신호의 듀티가 작아지게 되고, 입력전압이 표준전압과 비교해서 낮을 때는 상기 PWM신호의 듀티가 커지게 된다.In particular, the acceleration section is characterized in that the duty of the PWM signal for controlling the output current of the acceleration section in accordance with the magnitude of the input voltage. The PWM signal is a signal for controlling the on / off operation of six switching elements included in the inverter switching unit. Therefore, when the input voltage is higher than the standard voltage, the duty of the PWM signal is smaller, and when the input voltage is lower than the standard voltage, the duty of the PWM signal is increased.

상기 동작을 보다 상세하게 하기 위해서 비엘디씨모터의 제어구성을 도 5를 참조해서 설명하기로 한다.In order to make the above operation more detailed, the control configuration of the BCD motor will be described with reference to FIG.

도시되고 있는 바와 같이, 3상 권선을 갖는 비엘디씨 모터(130)와, 상기 모터(130)의 각 상에 인가되는 전압을 스위칭하도록 다수개의 스위칭소자를 구비한 인버터스위칭부(110)가 구비된다. 상기 인버터스위칭부(110)는, 6개의 트랜지스터와 6개의 다이오드로 구성된다. 상기 인버터스위칭부(110)에 구비된 6개의 스위칭소자는, 게이트 드라이브(115)에 의하여 구동되어진다. 그리고 상기 게이트 드라이브(115)는, 후술되는 제어부(410)의 제어하에 PWM 신호를 출력하는 PWM제어부(120)의 제어를 받는다.As shown, there is provided a BCD motor 130 having a three-phase winding, and an inverter switching unit 110 having a plurality of switching elements to switch the voltage applied to each phase of the motor 130. . The inverter switching unit 110 is composed of six transistors and six diodes. The six switching elements included in the inverter switching unit 110 are driven by the gate drive 115. The gate drive 115 is controlled by the PWM controller 120 which outputs a PWM signal under the control of the controller 410 to be described later.

상기 제어부(140)는, 도 4b에 도시되고 있는 바와 같은 기동패턴으로 상기 모터(130)의 초기 기동을 제어한다. 따라서 상기 제어부(140)는, 상기 도 4b의 기동 패턴을 저장하고 있어야 한다. 상기 도 4b의 기동패턴은, 정지된 회전자의 위치를 알지 못하는 초기화구간을 도시하고 있다. 따라서 상기 제어부(140)는 상기 패턴에 따라서 PWM제어가 이루어질 수 있도록 PWM제어부(120), 게이트 드라이브(115), 인버터스위칭부(110)를 제어하게 된다.The controller 140 controls the initial starting of the motor 130 in the starting pattern as shown in FIG. 4B. Therefore, the controller 140 should store the startup pattern of FIG. 4B. The start pattern of FIG. 4B illustrates an initialization section in which the position of the stopped rotor is not known. Accordingly, the controller 140 controls the PWM controller 120, the gate drive 115, and the inverter switching unit 110 to perform PWM control according to the pattern.

또한, 제어부(140)는, 도 4d에 도시된 기동패턴으로 회전자의 가속구간을 제어한다. 따라서 상기 제어부(140)는 상기 도 4d에 도시되고 있는 바와 같은 각 상의 출력 파형을 저장하고 있어야 한다. In addition, the controller 140 controls the acceleration section of the rotor with the starting pattern shown in FIG. 4D. Therefore, the controller 140 must store the output waveform of each phase as shown in FIG. 4D.

그리고 제어부(140)는 도 4c에 도시되고 있는 바와 같이, 회전자의 가속구간에서 주파수별 시동 듀티를 저장하고 있다. 상기 값은 표준전압에서 결정된 PWM신호 듀티값이다. 따라서 본 발명에서는 상기 주파수별 시동 듀티를, 입력전압의 크 기에 따라서 자동적으로 가변 조절되도록 하는 제어를 수행해야 한다. 이때, 기초값은 상기 도 4c에 도시되고 있는 표준 듀티를 이용한다. As illustrated in FIG. 4C, the controller 140 stores the starting duty for each frequency in the acceleration section of the rotor. The value is the PWM signal duty value determined at the standard voltage. Therefore, in the present invention, it is necessary to perform a control to automatically vary the start-up duty for each frequency according to the magnitude of the input voltage. At this time, the base value uses the standard duty shown in FIG. 4C.

이때, 제어부(140)는, 입력전압이 낮을 경우에서는 가속구간의 출력전류가 커지도록 PWM신호의 듀티를 증가시키고, 입력전압이 높을 경우에서는 가속구간의 출력전류가 낮아지도록 PWM신호의 듀티를 감소시키면서, 입력전압의 크기에 관계없이 항상 일정한 초기 시동전류가 유지되도록 제어한다.At this time, when the input voltage is low, the controller 140 increases the duty of the PWM signal to increase the output current of the acceleration section. When the input voltage is high, the controller 140 decreases the duty of the PWM signal to decrease the output current of the acceleration section. At the same time, it controls to maintain a constant initial starting current regardless of the magnitude of the input voltage.

이러한 제어를 위해서 제어부(140)는, 입력전압의 크기에 따른 출력 PWM 신호의 듀티를 하기 식 1에서와 조절한다.
For this control, the controller 140 adjusts the duty of the output PWM signal according to the magnitude of the input voltage as in Equation 1 below.

출력 PWM신호 듀티 = 표준 PWM신호 듀티 * (표준전압/입력전압) .....식1Output PWM Signal Duty = Standard PWM Signal Duty * (Standard Voltage / Input Voltage) ..... Equation 1

상기에서 표준 PWM 신호 듀티는, 표준전압에서 최적의 가속구간 시동 PWM 듀티를 나타낸다.In the above, the standard PWM signal duty represents the optimum acceleration section start PWM duty at the standard voltage.

이와 같이, 본 발명은 입력전압의 크기에 따른 PWM신호의 가변 제어를 위해서 입력전압의 크기를 검출하기 위한 입력전압감지부(150)를 구비하고 있다. 상기 입력전압감지부(150)에서 감지된 입력전압은 제어부(140)에 제공되어진다. 상기 제어부(140)는, 상기 입력전압감지부(150)에서 감지한 입력전압의 크기를 인식하고, 그에 따른 PWM신호 듀티의 가변 제어를 수행한다.As described above, the present invention includes an input voltage detecting unit 150 for detecting the magnitude of the input voltage for the variable control of the PWM signal according to the magnitude of the input voltage. The input voltage sensed by the input voltage detector 150 is provided to the controller 140. The controller 140 recognizes the magnitude of the input voltage sensed by the input voltage detector 150 and performs variable control of the PWM signal duty accordingly.

그리고 본 발명은 상기 모터(130)의 과부하를 감지 하기 위하여 모터의 동작 전류를 검출하는 전류보호회로(135)가 구비되고, 부호 125는, 회전자위치검출회로이다. 상기 회전자위치검출회로(125)는, 상기 모터(130)의 회전시에 발생되는 역 기전력을 검출하고, 검출된 역기전력을 기준값과 비교해서 하이 또는 로우상태의 구형파신호를 출력한다. 상기 회전자위치검출회로(125)에서 출력되는 구형파신호는, 제어부(140)에 입력되고, 상기 제어부(140)는, 상기 구형파신호에 의해서 회전자의 위치를 검출하고, 상기 검출된 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 회전과 속도를 제어하기 위한 제어신호를 PWM제어부(120)에 출력하게 된다.And the present invention is provided with a current protection circuit 135 for detecting the operating current of the motor in order to detect the overload of the motor 130, 125 is a rotor position detection circuit. The rotor position detection circuit 125 detects the counter electromotive force generated when the motor 130 rotates, and outputs a square wave signal of a high or low state by comparing the detected counter electromotive force with a reference value. The square wave signal output from the rotor position detection circuit 125 is input to the control unit 140, and the control unit 140 detects the position of the rotor by the square wave signal, The control signal for controlling the rotation and speed of the motor based on the position is output to the PWM controller 120.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 비엘디씨 모터의 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다.Next, the control method of the BCD motor according to the present invention having the above configuration will be described in detail.

도 3은, 본 발명에서 비엘디씨 모터의 제어를 위한 동작 흐름도이다.3 is an operation flowchart for controlling the BC motor in the present invention.

사용자 운전신호 입력 등에 따라서 제품의 구동이 시작되면, 제어부(140)는 압축기 동작 조건이 만족된 것으로 판단한다(제 200 단계). 이때, 제품으로 입력된 전원은 소정의 역률 보상 등의 과정을 거쳐서 일정 크기의 DC 전원으로 발생되어진다. 이렇게 해서 발생된 DC 전원을 본 발명에서는 캐패시터에 충전된 DC 전압(Vdc)으로 설명하고 있다.When driving of the product is started according to a user driving signal input or the like, the controller 140 determines that the compressor operating condition is satisfied (step 200). At this time, the power input to the product is generated as a DC power of a predetermined size through a process such as a predetermined power factor correction. The DC power generated in this way is described in the present invention as the DC voltage Vdc charged in the capacitor.

상기 제 200 단계에서 압축기 동작 조건일 때, 제어부(140)는 여러가지 원인에 의한 압축기 모터의 시동 실패로 인하여 압축기 지연시간(일반적으로 2분)이 완료되었는지를 판단한다(제 210 단계). When the compressor operation condition is performed in operation 200, the controller 140 determines whether the compressor delay time (generally 2 minutes) is completed due to a failure in starting the compressor motor due to various causes (operation 210).

상기 제 210 단계의 조건이 만족되면, 제어부(140)는 압축기 모터를 회전시키기 위하여 도 4a에 도시되고 있는 바와 같은 패턴으로 제어를 수행한다. When the condition of step 210 is satisfied, the controller 140 performs control in a pattern as shown in FIG. 4A to rotate the compressor motor.

한편, 비엘디씨 모터(130)는, 회전자의 위치를 알고 있어야만, 상기 모터(130)의 3상 코일에 적절한 전압을 인가해서 모터가 회전되도록 제어할 수 있 다. 그러나 본 발명에서와 같이 센서리스형 비엘디씨 모터의 경우는, 회전자의 위치를 알 수 있는 센서가 구비되고 있지 않기 때문에, 모터의 구동 전에 회전자의 위치를 우선 검출하는 제어를 수행해야만 한다. Meanwhile, the BCD motor 130 may control the motor to rotate by applying an appropriate voltage to the three-phase coil of the motor 130 only when the rotor is located. However, in the case of the sensorless BCD motor as in the present invention, since a sensor for knowing the position of the rotor is not provided, the control of detecting the position of the rotor must be performed before the motor is driven.

따라서 압축기 구동을 위한 DC 전압이 캐패시터에 충전되면(Vdc), 제어부(140)는 비엘디씨 모터(130)의 초기 구동을 제어한다(제 260 단계). 우선, 제어부(140)는 도 4b에 도시되고 있는 초기화구간에서 결정되고 있는 패턴으로 모터(130)에 전류가 공급되도록 제어한다.Therefore, when the DC voltage for driving the compressor is charged to the capacitor (Vdc), the controller 140 controls the initial driving of the BC motor 130 (step 260). First, the controller 140 controls the current to be supplied to the motor 130 in a pattern determined in the initialization section shown in FIG. 4B.

상기 초기화구간도 두개의 얼라인 구간으로 나뉘며, 첫번째 얼라인1 구간에서는 U상, Y상, Z상은 오프 상태를, X상은 온 상태를, 그리고 V상과 W상은 일정듀티로 온/오프 스위칭을 계속하도록 제어한다. 상기 패턴으로 제어부(410)에서 모터가 구동되도록 제어하면, PWM제어부(120)에서 상기 패턴에 따른 PWM제어신호가 출력되고, 이 PWM제어신호가 게이트 드라이브(115)를 통해서 인버터스위칭부(110)의 6개의 스위칭소자의 동작을 제어하게 된다.The initialization section is also divided into two alignment sections. In the first alignment section 1, the U phase, the Y phase, and the Z phase are turned off, the X phase is turned on, and the V and W phases are turned on and off with a constant duty. Control to continue. When the motor is controlled by the controller 410 in the pattern, the PWM control unit 120 outputs a PWM control signal according to the pattern, and the PWM control signal is output to the inverter switching unit 110 through the gate drive 115. The operation of the six switching elements of the control.

또한, 상기 첫번째 얼라인1 구간의 동작이 수행된 후, 제어부(140)는 두번째 얼라인2 구간에서와 같이, U상, V상, Y상, Z상은 오프상태를, 그리고 X상은 온 상태를, 그리고 W상은 일정 듀티로 온/오프 스위칭을 계속하도록 제어한다. 이때, 상기 W상의 온/오프 스위칭의 듀티비는 첫번째 얼라인1 구간에서의 듀티비와 다르게 설정된다. 상기 패턴으로 제어부(140)에서 모터가 구동되도록 제어하면, PWM제어부(120)에서 상기 패턴에 따른 PWM제어신호가 출력되고, 이 PWM제어신호가 게이트 드라이브(115)를 통해서 인버터스위칭부(110)의 6개의 스위칭소자의 동작을 제 어하게 된다.In addition, after the operation of the first alignment 1 section is performed, the control unit 140, as in the second alignment 2 section, the U phase, V phase, Y phase, Z phase is off, and X phase is on And control the W phase to continue on / off switching at a constant duty. At this time, the duty ratio of the on / off switching of the W phase is set differently from the duty ratio in the first alignment 1 interval. When the control unit 140 controls the motor to be driven in the pattern, the PWM control unit 120 outputs a PWM control signal according to the pattern, and the PWM control signal is transferred through the gate drive 115 to the inverter switching unit 110. The operation of the six switching elements of the control is controlled.

즉, 초기화구간에서는 상기와 같이 정해진 출력파형으로 비엘디씨 모터(130)가 제어된다. 이때, 회전자는 정지상태에서 상기 정해진 패턴에 따른 회전동작으로 일정위치에 도달하게 된다. That is, in the initialization section, the BCD motor 130 is controlled to the output waveform determined as described above. At this time, the rotor reaches a predetermined position by the rotation operation according to the predetermined pattern in the stationary state.

다음, 상기 초기화구간의 제어가 이루어진 후(제 220 단계), 제어부(140)는, 가속구간에 따른 제어를 수행한다. 상기 가속구간은, 도 4d에 도시되고 있는 각 상의 출력 파형으로 각 상으로의 전류공급이 제어되고, 도 4c에 도시되고 있는 주파수별 PWM 듀티로 스위칭소자의 온/오프 스위칭동작이 수행되어진다.Next, after the initialization section is controlled (step 220), the controller 140 performs control according to the acceleration section. In the acceleration section, the supply of current to each phase is controlled by the output waveform of each phase shown in FIG. 4D, and the on / off switching operation of the switching element is performed by the PWM duty for each frequency shown in FIG. 4C.

상기 가속구간에서는, 상기 회전자 위치 검출회로(125)에서 회전자 위치신호가 검출될 수 있을 때까지 모터(130)의 주파수를 상승시킨다. 이때, 모터(130)의 주파수는, 일정값에 도달할 때까지 계속해서 상승되어진다. In the acceleration section, the frequency of the motor 130 is increased until the rotor position signal can be detected by the rotor position detection circuit 125. At this time, the frequency of the motor 130 continues to rise until it reaches a fixed value.

한편, 제품의 동작과정에서, 제품으로 공급되는 입력전압의 크기에 따라서 상기 DC 전압의 크기도 달라지게 된다. 즉, 제품의 입력전압이 표준 정격전압보다 낮으면, 발생되는 DC 전압의 크기도 작다. 반대로 제품의 입력전압이 표준 정격전압보다 높으면, 발생되는 DC 전압의 크기는 크다. 따라서 이와 같이 DC 전압의 크기가 변화되어도 모터의 시동전류가 일정하게 유지될려면, 스위칭소자의 스위칭동작 제어를 위한 PWM 신호 듀티를 조절할 필요가 있다. On the other hand, during the operation of the product, the magnitude of the DC voltage is also changed according to the magnitude of the input voltage supplied to the product. In other words, if the input voltage of the product is lower than the standard rated voltage, the magnitude of the generated DC voltage is also small. On the contrary, if the input voltage of the product is higher than the standard rated voltage, the generated DC voltage is large. Therefore, in order to maintain a constant starting current of the motor even when the magnitude of the DC voltage is changed, it is necessary to adjust the PWM signal duty for controlling the switching operation of the switching element.

따라서 제어부(140)는, 상기 가속구간에 따른 제어를 수행하기에 앞서서, 입력전압감지부(150)를 통해서 현재 제품으로 입력되는 전압의 크기를 검출한다(제 230 단계). 그리고 상기 제 230 단계에서 검출된 입력전압을 표준전압과 비교해 서, 표준전압에서의 표준 듀티에 기초한 출력 PWM 신호 듀티를 결정한다(제 240 단계). Therefore, the control unit 140 detects the magnitude of the voltage currently input to the product through the input voltage detecting unit 150 before performing the control according to the acceleration section (step 230). The input voltage detected in step 230 is compared with the standard voltage to determine the output PWM signal duty based on the standard duty at the standard voltage (step 240).

즉 상기 제 240 단계는, 입력전압이 낮을 경우 가속구간의 출력 전류 PWM 듀티를 증가시킨다. 반대로 입력전압이 높을 경우에는 가속구간의 출력전류 PWM 듀티를 감소시킨다. 이러한 제어로, 상기 제 240 단계는 입력전압에 관계없이 항상 일정한 초기 시동전류를 발생할 수 있는 듀티값으로 조절되는 것이다.That is, in step 240, when the input voltage is low, the output current PWM duty of the acceleration section is increased. On the contrary, when the input voltage is high, the output current PWM duty of the acceleration section is reduced. With this control, step 240 is to adjust the duty value to generate a constant initial starting current regardless of the input voltage.

상기 제 240 단계에서 출력 PWM 신호 듀티가 결정되면, 상기 결정된 신호를 표준 PWM신호 듀티로 설정하고(제 250 단계), 제어부(140)는 상기 제 250 단계에서 설정된 표준 PWM 신호 듀티에 따른 인버터 스위칭부(110)의 스위칭동작을 제어한다.When the output PWM signal duty is determined in step 240, the determined signal is set as the standard PWM signal duty (step 250), and the controller 140 controls the inverter switching unit according to the standard PWM signal duty set in step 250. The switching operation of 110 is controlled.

즉, 상기 가속구간에서는, 변경된 PWM 신호 듀티에 의해서 상기 회전자 위치 검출회로(125)에서 회전자 위치신호가 검출될 수 있을 때까지 모터(130)의 주파수를 상승시킨다. 상기 동작의 제어로 압축기 모터(130)가 정상적으로 회전되고, 회전자위치검출회로(125)에서 역기전력에 따른 위치감지신호가 검출되면, 제어부(140)는 검출된 위치감지신호에 기초해서 센서리스 운전구간의 제어가 이루어진다.That is, in the acceleration section, the frequency of the motor 130 is increased until the rotor position signal can be detected by the rotor position detection circuit 125 by the changed PWM signal duty. When the compressor motor 130 is normally rotated by the control of the operation and the position detection signal according to the counter electromotive force is detected by the rotor position detection circuit 125, the controller 140 operates the sensorless operation based on the detected position detection signal. The section is controlled.

이상에서와 같이 본 발명에서는 입력전압에 따라서 가속구간의 PWM 듀티를 자동적으로 가변하므로서, 입력전압에 관계없이 초기 시동전류를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제어로 본 발명은 DC 링크 전압의 가변되므로 인하여 초기 시동전류의 변화로 압축기 시동이 실패하는 것을 방지할 수 있다.
As described above, the present invention is characterized in that the initial duty current is kept constant regardless of the input voltage by automatically varying the PWM duty of the acceleration section according to the input voltage. With this control, the present invention can prevent the compressor from failing due to the change of the initial starting current due to the change of the DC link voltage.

위에서 설명한 본 발명은 다음의 효과를 얻는 것이 가능하다.The present invention described above can obtain the following effects.

본 발명은 입력전압에 따라 DC 링크 전압이 가변되면서 발생되는 초기시동전류의 변화를 억제하기 위해서, 입력전압의 크기에 따라서 가속구간의 PWM 듀티를 자동적으로 가변시키고 있다. 따라서 본 발명은 입력전압의 크기와 무관하게 초기 시동전류를 일정하게 유지하는 것이 가능하다. The present invention automatically varies the PWM duty of the acceleration section according to the magnitude of the input voltage in order to suppress the change in the initial starting current generated while the DC link voltage is varied according to the input voltage. Therefore, the present invention can keep the initial starting current constant regardless of the magnitude of the input voltage.

그리고 본 발명은 초기 시동시 초기시동 전류의 안정으로 압축기 시동 소음을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 초기 시동전류의 일정화로 인해서 센서리스구간에서 회전자의 위치를 일정하게 제어하여, 압축기의 원활한 시동을 도모하는 것이 가능하다. 이러한 점으로 본 발명은 인버터 에어컨에서 냉난방의 효과를 빠르게 사용자에게 제공할 수 있는 효과를 얻게 된다.In addition, the present invention can suppress the compressor starting noise by the stability of the initial starting current during the initial start-up. In addition, the present invention can smoothly start the compressor by constantly controlling the position of the rotor in the sensorless section due to the constant initial starting current. In this regard, the present invention provides an effect of quickly providing the user with the effect of heating and cooling in the inverter air conditioner.

Claims

Outputting a signal of a predetermined pattern so that the motor rotor in a stationary state can move to a predetermined position;

Adjusting the standard PWM signal duty to be inversely proportional to the magnitude of the input voltage supplied to the inverter air conditioner, and gradually accelerating the speed of the motor to a predetermined value according to the adjusted standard PWM signal duty value;

And controlling the speed of the motor according to the position signal of the motor rotor.