KR101514663B1 - Apparatus and method for start-up of a sensorless bldc motor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법에 관한 것으로써, 모터에 구동 전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와; 상기 모터에 인가되는 전압의 주파수가 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하는 전압/속도 제어부와; 상기 지령속도와, 상기 모터의 전압 및 전류에 기초한 추정속도를 비교하여 상기 모터의 속도가 상기 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하는 센서리스 제어부와; 지령속도에 기초하여 상기 전압/속도 제어부와 상기 센서리스 제어부를 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함함으로써, 기동을 위하여 모터의 회전자를 초기 위치에 정렬할 경우 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 근처에 정렬되어 완벽하게 정렬되지 않는 경우에도 모터의 기동 실패를 방지할 수 있다. The present invention relates to an apparatus and method for starting a sensorless BLDC motor, comprising: a PWM control unit for controlling ON / OFF of an inverter for providing a driving voltage to a motor; A voltage / speed controller for outputting a low-speed control signal to the PWM controller so that the frequency of the voltage applied to the motor is in accordance with the command speed; A sensorless controller for comparing the command speed with an estimated speed based on a voltage and a current of the motor and outputting a high speed control signal to the PWM controller so that the speed of the motor corresponds to the command speed; And a control algorithm switching section for selecting the voltage / speed control section and the sensorless control section on the basis of the command speed. Therefore, when the rotor of the motor is aligned to the initial position for starting, the motor is in a high load state, It is possible to prevent the start-up failure of the motor even if it is not perfectly aligned.

모터 기동, 센서리스 알고리즘, 병렬제어 Motor start, sensorless algorithm, parallel control

Description

센서리스 ＢＬＤＣ 모터의 기동 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR START-UP OF A SENSORLESS BLDC MOTOR}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a sensorless BLDC motor,

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 전원인가시 저속영역에서 인가전압의 크기 및 주파수을 증가시켜 모터의 회전 속도가 일정 속도까지 상승하도록 오픈루프 방식으로 모터의 회전 속도를 제어하며, 모터의 회전 속도가 일정속도에 도달한 후에는 모터 회전자의 위치 제어가 가능한 고속영역에 도달할때 까지 오픈루프 방식으로 모터의 회전속도를 계속 상승시킴과 아울러 센서리스 알고리즘으로 모터의 회전자의 위치를 관측하며, 모터의 회전 속도가 고속영역에 도달한 후에는 센서리스 알고리즘으로 모터 회전자의 위치 및 모터의 회전 속도를 추정하여 제어가 가능한 센서리스 알고리즘으로 절환하여 모터의 속도를 제어하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for starting a sensorless BLDC motor, and more particularly, to an apparatus and method for starting a sensorless BLDC motor in which the magnitude and frequency of an applied voltage are increased in a low- The motor rotation speed is continuously increased in an open loop manner until the speed of the motor reaches a high speed region where the position of the motor rotor can be controlled after the rotation speed of the motor reaches a predetermined speed, The position of the rotor of the motor is observed by the algorithm. After the rotation speed of the motor reaches the high speed region, the sensorless algorithm estimates the position of the motor rotor and the rotation speed of the motor, To a device and method for starting a sensorless BLDC motor that controls the speed of the motor.

BLDC 모터는 냉장고와 공기조화기 등 가전제품 뿐만 아니라, 플로피디스크드라이버 같은 정보처리기기에 이르기까지 폭넓은 분야에서 사용되는 기기이다. BLDC모터의 그 회전속도와 회전자의 위치 등을 검출하기 위해 별도의 검지장치가 설치 되어 있다. 그런데, 이 검지장치가 설치되지 않은 BLDC 모터를 센서리스 BLDC모터라고 한다. BLDC motors are used in a wide range of fields ranging from home appliances such as refrigerators and air conditioners to information processing devices such as floppy disk drives. A separate detecting device is provided to detect the rotational speed of the BLDC motor and the position of the rotor. However, a BLDC motor without this detecting device is referred to as a sensorless BLDC motor.

일반적인 센서리스 BLDC 모터는 도 1에 나타낸 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 그리고, 이러한 모터의 회전 속도를 제어하는 방식에는 120도 통전 방식과, 180도 통전 방식이 있다. A typical sensorless BLDC motor is composed of three coils 11, 12, and 13 and a rotor 14 as shown in FIG. There are a 120-degree energization method and a 180-degree energization method for controlling the rotation speed of the motor.

먼저, 120도 통전 방식은 모터의 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 모터의 속도를 제어하는 방식이다. 그리고, 180도 통전 방식은 모터로부터 회전 속도를 피드백(Feedback) 받지 않고 속도 추정기(Speed estimator)를 통해 모터 회전 속도를 추정하여 모터의 회전 속도를 제어하는 방식입니다. 이와 같은 180도 통전방식은 벡터제어 방식으로도 불린다. First, in the 120-degree energizing method, voltages on high (H), low (L) and open (O) are alternately applied to the respective coils of the motor, and the magnetic force generated in the coils rotates the rotor It controls the speed of the motor. In addition, the 180-degree energization method is a method of controlling the rotation speed of the motor by estimating the motor rotation speed through a speed estimator without receiving the feedback of the rotation speed from the motor. Such a 180-degree conduction scheme is also referred to as a vector control scheme.

그리고, 도 1에 나타낸 BLDC 모터의 개략적인 구동회로는 도 2에 나타낸 것과 같다. 전원부(21)는 상용전원(20)인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 펄스폭변조부(23)는 전원부(21)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(24)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(21)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도 1의 11, 12, 13)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도 1의 14)가 회전하게 된다. The schematic driving circuit of the BLDC motor shown in Fig. 1 is the same as that shown in Fig. The power supply unit 21 converts the AC voltage, which is the commercial power supply 20, into a DC voltage. The pulse width modulating unit 23 receives the converted DC voltage from the power supply unit 21 and generates a switching control signal. The switching device 24 converts the DC voltage received from the power supply unit 21 into a three-phase voltage according to the switching control signal, and applies the three-phase voltage to the motor 10. The three-phase voltage causes the windings (11, 12, and 13 in Fig. 1) of the motor 10 to generate a magnetic field to rotate the rotor (14 in Fig. 1) of the motor.

모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검출부(27)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이크로컴퓨터(25)으로 인가한다. 이 역기 전력의 검출에 따라 마이크로컴퓨터(25)은 모터가 정확하게 동작되도록 펄스폭 변조부(23)를 제어한다. 또한, 마이크로컴퓨터(25)은 스위칭소자(24)의 출력단에서 전류를 검지하는 전류검출부(26)로부터 모터(10)에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(21)의 전압을 검지하는 전압검출부(22)로부터 마이크로컴퓨터에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다. A counter electromotive force is output to the winding according to the rotation of the motor rotor. The counter electromotive force detecting unit 27 detects this counter electromotive force and applies it to the microcomputer 25. The microcomputer 25 controls the pulse width modulation section 23 so that the motor is operated correctly according to the detection of the counter electromotive force. The microcomputer 25 receives the current value applied to the motor 10 from the current detection unit 26 that detects the current at the output terminal of the switching device 24 and detects the voltage of the power source unit 21, The microcomputer 22 detects the voltage applied to the microcomputer, and if the voltage or current is applied to the motor, the power of the power source is turned off, thereby stably operating the motor.

이 때, 모터는 회전시 역기전력을 발생하며, 모터의 회전 속도가 증가함에 따라 역기전력의 크기도 증가한다. 위치검출부(25a)는 스위칭소자(24)의 출력단에서 전류검출부(26)와 역기전력검출부(27)에 의해서 검출된 모터(10)에 인가되는 전류에 기초하여 모터 회전자의 위치를 산출한다. 속도제어부(25b)는 회전자의 위치, 출력전류와 역기전력 등에 기초하여 모터의 회전 속도를 제어한다. At this time, the motor generates a counter electromotive force at the time of rotation, and the magnitude of the counter electromotive force also increases as the rotation speed of the motor increases. The position detecting section 25a calculates the position of the motor rotor based on the current applied to the motor 10 detected by the current detecting section 26 and the counter electromotive force detecting section 27 at the output terminal of the switching device 24. [ The speed control section 25b controls the rotation speed of the motor based on the position of the rotor, the output current, and the counter electromotive force.

일반적으로 BLDC 모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등, 세 구간으로 나눌 수 있다. 초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 미리 설정된 위치로 회전자를 이동시키는 구간이고, 오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 저속구간이며, 크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간이다. Generally, the driving stage of the BLDC motor can be divided into three sections, i.e., an initial position setting section, an open loop section, and a cross loop section. The initial position setting period is a period in which the rotor starts to rotate in the stop state and the rotor is moved to a predetermined position. The open loop period is a low speed period in which the back electromotive force is not detected after the initial position of the rotor is set. Is a section where normal control of the rotor is performed by enabling detection of counter-electromotive force.

종래 180도 통전 방식은 BLDC 모터를 기동하기 위해서는 초기에 U상에 일정 시간동안 일정 크기의 전류을 인가하여 BLDC 모터의 회전자를 U상에 정렬시킨후 센스리스 제어를 통해 바로 기동을 시켰다. 즉, BLDC 모터의 회전자가 U상에 정렬한 상태에서 회전자의 위치를 0으로 가정하고, 이 위치를 기준위치로 하여 바로 센스리스를 통하여 회전자의 위치를 통하여 모터의 속도를 제어한다. In order to start the BLDC motor in the conventional 180 degree energization method, the rotor of the BLDC motor is aligned on the U phase by applying a constant current to the U phase for a certain period of time, and then the rotor is directly operated through the senseless control. That is, assuming that the position of the rotor is 0 in the state where the rotor of the BLDC motor is aligned on the U, the speed of the motor is directly controlled through the position of the rotor through the sensorless position as the reference position.

이와 같은 방식으로 BLDC 모터의 속도를 제어할 경우, 초기 정렬시 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 정렬되지 않고, 기준위치 근처에 있을 경우에는 정렬이 완벽하게 되지 않는다. 이로 이러한 모터 회전자의 불완전한 초기 정렬 상태에서 모터를 센스리스 알고리즘으로 제어하게 되면, 모터 회전자의 초기 위치오차로 인하여 모터 기동이 실패하게 된다. When controlling the speed of a BLDC motor in this way, alignment is not perfect when the motor is in a high load state during initial alignment or when the position of the motor rotor is not aligned with the reference position but is near the reference position. If the motor is controlled by the senseless algorithm in the incomplete initial alignment state of the motor rotor, the motor startup fails due to the initial position error of the motor rotor.

본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동방법은 초기기동시 정지상태를 포함한 저속구간에서는 모터에 인가되는 전압의 크기 및 주파수를 증가시켜(v/f) 오픈루프 방식으로 모터의 속도가 증가하도록 제어하고, 일정 속도이상이 저속상태에서 모터 속도 제어방법과 병행하여 모터 회전자의 위치를 관측하여 모터의 속도를 제어하며, 고속의 상태에 도달한 후에는 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 센서리스 제어알고리즘으로 절환하여 모터의 회전속도를 추정하여 모터의 속도를 제어함으로써, 모터 회전자의 초기 정렬오차나 고부하 상태에서도 모터의 기동을 가능하게 한다. The method of starting the sensorless BLDC motor according to the present invention increases the magnitude and frequency of the voltage applied to the motor in the low speed section including the stop state at the time of the initial start (v / f) so as to increase the speed of the motor in an open loop manner And controls the speed of the motor by observing the position of the motor rotor in parallel with the motor speed control method in a state where the speed is equal to or higher than a predetermined speed. After reaching the high speed state, based on the observed position of the motor rotor By controlling the speed of the motor by estimating the rotation speed of the motor by switching to the sensorless control algorithm, it is possible to start the motor even under the initial misalignment of the motor rotor or under high load.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치는 모터에 구동 전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와; 상기 모터에 인가되는 전압의 주파수가 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하는 전압/속도 제어부와; 상기 지령속도와, 상기 모터의 전압 및 전류에 기초한 추정속도를 비교하여 상기 모터의 속도가 상기 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하는 센서리스 제어부와; 지령속도에 기초하여 상기 전압/속도 제어부와 상기 센서리스 제어부를 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for starting a sensorless BLDC motor, including: a PWM controller for controlling on / off of an inverter for providing a driving voltage to the motor; A voltage / speed controller for outputting a low-speed control signal to the PWM controller so that the frequency of the voltage applied to the motor is in accordance with the command speed; A sensorless controller for comparing the command speed with an estimated speed based on a voltage and a current of the motor and outputting a high speed control signal to the PWM controller so that the speed of the motor corresponds to the command speed; And a control algorithm switching unit for selecting the voltage / speed control unit and the sensorless control unit based on the command speed.

상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도가 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 한다. And the control algorithm switching section selects the voltage / frequency control section to control the speed of the motor when the command speed corresponds to a low speed region.

상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도가 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 한다. And the control algorithm switching section selects the sensorless control section to control the speed of the motor when the command speed corresponds to the high speed region.

상기 지령속도가 상기 저속영역과 상기 고속영역의 사이에 해당하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 것을 특징으로 한다.Wherein the voltage / frequency control unit controls the speed of the motor when the command speed is between the low speed range and the high speed range, and the sensorless control unit observes the position of the rotor of the motor do.

상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도에 따라 상기 모터의 제어부를 선택하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다. And the control algorithm switching unit includes a switch for selecting a control unit of the motor according to the command speed.

상기 전압/속도 제어부는 상기 모터의 속도가 정지상태를 포함한 저속영역을 경과할때까지 상기 인가전압의 주파수를 상기 지령속도에 도달할때까지 증가시키고, 상기 인가전압의 크기는 역기전력에 비례하여 증가시키는 것을 특징으로 한다. Wherein the voltage / speed control unit increases the frequency of the applied voltage until the speed of the motor reaches a low speed region including the stop state until the command speed reaches the command speed, and the magnitude of the applied voltage increases in proportion to the counter electromotive force .

상기 센서리스 제어부는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초한 추정속도와, 상기 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 상기 지령속도에 따르도록 제어하는 것을 특징으로 한다. The sensorless control unit compares the commanded speed with an estimated speed based on the current and voltage of the motor after the speed of the motor reaches the high speed region and controls the speed of the motor to follow the commanded speed .

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법은 모터의 속도가 저속영역 내에 있는 동안 인가전압의 주파수를 상승시키는 제1단계와; 상기 모터의 속도가 상기 저속영역을 경과하면, 고속영역에 도달할때 까지 상기 인가전압의 주파수를 상승시키고, 상기 모터의 회전자의 위치 를 관측하 제2단계와; 상기 모터의 회전속도가 상기 고속영역에 도달하게 되면, 상기 관측된 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정제어하는 제3단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of starting a sensorless BLDC motor, including: a first step of raising a frequency of an applied voltage while the speed of the motor is in a low speed region; A second step of raising the frequency of the applied voltage until the speed of the motor reaches the high speed region when the speed of the motor has passed the low speed region and observing the position of the rotor of the motor; And a third step of estimating and controlling the speed of the motor based on the position of the observed rotor when the rotational speed of the motor reaches the high speed region.

상기 제2단계는, 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달할 때까지, 상기 인가전압의 주파수와 크기를 증가시키는 속도 상승단계와; 상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 회전자 위치관측 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The second step includes: a speed increasing step of increasing the frequency and magnitude of the applied voltage until the speed of the motor reaches the high speed area; And observing the position of the rotor of the motor based on the current and voltage of the motor.

상기 제3단계는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달하면, 상기 모터의 속도를 상기 인가전압의 주파수 제어에서 추정속도 제어로 절환하는 단계와; 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 제어하는 센서리서 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Switching the speed of the motor from the frequency control of the applied voltage to the estimated speed control when the speed of the motor reaches the high speed region; And a sensor control step of estimating and controlling the speed of the motor based on the observed position of the motor rotor.

상기 제1단계 또는 제2단계에서 상기 모터의 속도는 상기 인가전압의 주파수에 의하여 산출되는 것을 특징으로 한다. Wherein the speed of the motor in the first step or the second step is calculated by the frequency of the applied voltage.

상기 제1단계 또는 제2단계에서 상기 인가전압의 크기는 일정하게 유지되고, 상기 인가전압의 주파수는 증가하는 것을 특징으로 한다. In the first or second step, the magnitude of the applied voltage is kept constant, and the frequency of the applied voltage is increased.

상기 모터는 180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 한다. And the motor is a sensorless BLDC motor of a 180 degree energization method.

BLDC 모터의 기동시 저속구간, 중속구간 및 고속구간으로 나누어 저속구간에서는 오픈루픈 방식으로 인가 전압의 크기 및 주파수를 증가시켜 오픈루프 방식으로 모터의 속도를 제어하고, 중속구간에서는 오픈루방식으로 모터의 회전속도를 가 속하고, 아울러 센서리스 알고리즘으로 모터 회전자의 위치를 관측하며, 고속에서는 센서리스 알고리즘으로 절환하여 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 모터의 회전자 속도를 추정하여 모터의 속도를 제어함으로써, 초기 정렬시 모터가 높은 부하 상태이거나 모터 회전자의 위치가 기준위치에 정렬되지 않고, 기준위치 근처에 있을 경우에는 정렬이 완벽하게 되지 않는 경우에도, 이로 인한 모터의 기동 실패를 방지할 수 있다. BLDC Motor is divided into low speed section, medium speed section and high speed section at the time of starting the motor. In the low speed section, the speed of the motor is controlled in an open loop manner by increasing the magnitude and frequency of the applied voltage in an open loop mode. The sensorless algorithm is used to observe the position of the motor rotor and the high speed sensorless algorithm to estimate the rotor speed of the motor based on the observed position of the motor rotor, By controlling the speed, even if the motor is in a high load state during initial alignment or the position of the motor rotor is not aligned with the reference position but is near the reference position, even if the alignment is not perfect, .

이하에서는, 모터 기동시 모터의 속도에 따라 모터의 제어알고리즘을 달리하여 모터의 초기 위치가 정렬되지 않거나 모터가 과부하 상태에 있더라도 모터의 기동 실패를 방지할 수 있는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치 및 방법의 실시예를 도3 내지 도6을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a sensorless BLDC motor start-up device and method capable of preventing start-up failure of the motor even if the initial position of the motor is not aligned or the motor is overloaded by changing the control algorithm of the motor according to the speed of the motor at the time of starting the motor Will be described in detail with reference to Figs. 3 to 6. Fig.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치에 대한 구성을 보인 블록도이고, 도 4는 센서리스 BLDC 모터의 속도가 고속영역에 도달하여 센서리스 알고리즘으로 모터의 속도 제어가 가능한 경우에 적용되는 센서리스 제어부의 구성을 간략하게 블록도로 도시한 것이다.FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a starter of a sensorless BLDC motor that varies the start algorithm according to the speed of the motor when starting according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a sensorless control unit according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서리스 BLDC 모터 기동 장치는 상용전원(100)을 정류하여 직류전원으로 변환하는 정류부(110) 및 평활 커패시터(120)와, 상기 평활 커패시터(120)의 직류전압을 BLDC 모터(160)를 구동하는 주파수를 가진 전압으로 변환하는 인버터(130)와, 모터의 전류 및 전압을 검출하는 전류/전압 검출기(150)와, 상기 인버터의 스위칭을 제어하는 PWM제어부(200)와, 모터의 속도에 따라 모터(160)의 제어부를 선택하는 제어알고리즘 절환부(200)와, 상기 제어알고리즘 절환부(200)에 의해서 선택되어 상기 PWM제어부(140)를 제어하는 전압/주파수 제어부(300)와 센서리스 제어부(400)를 포함한다.3 and 4, a sensorless BLDC motor starter according to an embodiment of the present invention includes a rectifier 110 and a smoothing capacitor 120 for rectifying and converting a commercial power source 100 into a DC power source, An inverter 130 for converting the DC voltage of the smoothing capacitor 120 into a voltage having a frequency for driving the BLDC motor 160, a current / voltage detector 150 for detecting the current and voltage of the motor, A control algorithm switching unit 200 for selecting a control unit of the motor 160 in accordance with the speed of the motor and a control switching unit 200 selected by the control algorithm switching unit 200 to control the PWM control unit 200 A voltage / frequency control unit 300 and a sensorless control unit 400 for controlling the voltage / frequency control unit 140.

상기 전압/주파수 제어부(300)는 외부에서 입력되거나 기설정된 지령속도에 따라 상기 모터(160)에 인가되는 전압의 주파수가 증가하도록 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력한다. The voltage / frequency controller 300 outputs a low-speed control signal to the PWM controller so that the frequency of the voltage applied to the motor 160 is increased according to an instruction input from the outside or a predetermined command speed.

상기 전압/주파수 제어부(300)는 상기 모터(160)의 속도가 정지상태를 포함한 저속영역을 경과할때까지 상기 인가전압의 주파수를 상기 지령속도에 도달할때까지 증가시킨다. 즉, 상기 전압/주파수 제어부(300)는 모터의 속도를 검출하여 모터의 속도가 저속영역의 최고속도인 제1속도에 도달했는 지를 검출하는 것이 아니라, 입력전원의 주파수가 서서히 증가되는 경우에는 모터의 속도가 인가전원의 주파수와 동일하기 때문에 오픈루프 방식으로 모터의 속도를 판단한다. The voltage / frequency controller 300 increases the frequency of the applied voltage until the speed of the motor 160 reaches the low speed range including the stop state until the command speed is reached. That is, the voltage / frequency controller 300 detects the speed of the motor to detect whether the speed of the motor has reached the first speed, which is the maximum speed in the low speed range. When the frequency of the input power source is gradually increased, The speed of the motor is the same as the frequency of the applied power. Therefore, the speed of the motor is determined in an open loop manner.

상기 센서리스 제어부(400)는 모터의 전류 및 전압에 기초하여 모터 회전자의 추정위치와, 모터의 추정속도를 생성하여 출력하는 주제어부(410)와, 상기 검출된 모터의 3상 전류를 입력받아 동기 좌표 전류인 q축 전류와 d축 전류로 변환하여 출력하는 전류변환기(420)와, 지령속도와 상기 모터의 추정속도를 비교하여 q축 지령전류를 생성하여 출력하는 속도제어기(430)와, 상기 q축 지령전류 및 d축 지령전류와, 상기 q축 전류 및 d축 전류에 기초하여 q축 지령전압 및 d축 지령전압을 생성하여 출력하는 전류제어기(440)와, 상기 q축 지령전압과 d축 지령전압을 동기 좌 표상의 α축 지령전압와 축 지령전압으로 변환하여 출력하는 전압변환기(450)를 포함한다. The sensorless controller 400 includes a main controller 410 for generating and outputting an estimated position of the motor rotor and an estimated speed of the motor based on the current and voltage of the motor, A current controller 420 for receiving and outputting a q-axis current and a d-axis current, which are synchronous coordinate currents, and outputting the q-axis current and d-axis current, and a speed controller 430 for comparing the command speed with the estimated speed of the motor to generate and output a q- A current controller 440 for generating and outputting a q-axis command voltage and a d-axis command voltage based on the q-axis command current and the d-axis command current, the q-axis current and the d- And a voltage converter 450 that converts the d-axis command voltage into an a-axis command voltage and an axis command voltage on the synchronous coordinate system and outputs the converted command.

상기 전압변환기(450)에서 출력된 지령전압은 상기 PWM제어부(140)에 보내지고, 상기 PWM제어부(140)는 상기 모터(160)를 고속영역에서 구동하기 위하여 상기 인버터(130)의 스위칭을 제어한다. The command voltage output from the voltage converter 450 is sent to the PWM controller 140 and the PWM controller 140 controls the switching of the inverter 130 to drive the motor 160 in a high- do.

결국, 상기 센서리스 제어부(400)는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 모터(160)에서 검출된 전류 및 전압에 기초한 추정속도와 상기 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 제어한다. The sensorless controller 400 controls the speed of the motor by comparing the command speed with the estimated speed based on the current and voltage detected by the motor 160 after the speed of the motor reaches the high speed region .

제어알고리즘 절환부(200)는 모터의 속도에 따라 상기 전압/주파수 제어부(300)와 상기 센서리스 제어부(400) 중 어느 하나를 선택하고, 그 선택된 제어부가 상기 모터(160)를 제어하게 된다. The control algorithm switching unit 200 selects either the voltage / frequency control unit 300 or the sensorless control unit 400 according to the speed of the motor, and the selected control unit controls the motor 160.

보다 상세하게는, 상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 지령속도가 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부(300)를 선택하고, 상기 지령속도가 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부(400)를 선택한다. More specifically, the control algorithm switching unit 200 selects the voltage / frequency control unit 300 when the command speed corresponds to a low speed region, and when the command speed corresponds to a high speed region, The lease control unit 400 is selected.

상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 지령속도가 저속영역과 고속영역의 사이에서 구동하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부(300)가 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 센서리스 제어부(400)가 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하도록 한다. The control algorithm switching unit 200 controls the speed of the motor when the command speed is driven between the low speed region and the high speed region and the sensorless control unit 400 Thereby observing the position of the rotor of the motor.

상기 제어알고리즘 절환부(200)는 상기 지령속도에 따라 상기 모터의 제어부들(300,400) 가운데 어느 하는를 선택하는 스위치(210)를 포함한다. The control algorithm switching unit 200 includes a switch 210 for selecting any one of the control units 300 and 400 of the motor according to the command speed.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하여 센서리스 BLDC 모터를 기동하는 방법의 흐름도이다. 5 is a flowchart of a method of starting a sensorless BLDC motor by varying a start algorithm according to the speed of the motor at the time of starting according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 센서리스 기동 방법은 모터의 속도가 저속영역 내에 있는 동안 인가전압의 주파수를 상승시키는 제1단계와(S10), 상기 모터의 속도가 상기 저속영역을 경과하면, 고속영역에 도달할때 까지 상기 인가전압의 주파수를 상승시키고, 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 제2단계와(S20), 상기 모터의 회전속도가 상기 고속영역에 도달하게 되면, 상기 관측된 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정제어하는 제3단계(S30)를 포함한다. 5 and 6, a sensorless starting method according to an embodiment of the present invention includes a first step of raising a frequency of an applied voltage while the speed of the motor is in a low speed region, A second step of raising the frequency of the applied voltage until the speed reaches the high speed region and observing the position of the rotor of the motor when the speed of the motor reaches the high speed region, (S30) of estimating and controlling the speed of the motor based on the position of the observed rotor when the motor reaches the region.

상기 제1단계(S10)에서는, 정지 상태에 있는 모터의 속도를 증가시키기 위해서 전압/주파수 제어방식으로 인간전압의 주파수를 서서히 상승시키 모터의 회전속도를 상승시킨다.(S11) 이 경우 모터의 속도는 인간전압의 주파수에 의해서 결정되므로, 인가전압의 주파수로부터 모터의 속도를 산출한다.(S12) 상기 산출된 모터의 속도가 일정 속도 즉, 저속영역의 상한 속도인 제1속도에 도달했는 지를 판단한다.(S13)In the first step S10, the frequency of the human voltage is gradually increased by the voltage / frequency control method to increase the speed of the motor in the stopped state. (S11) In this case, (S12) It is judged whether the calculated motor speed reaches a first speed which is a constant speed, that is, the upper limit speed of the low speed region. (S13)

상기 제2단계(S20)에서는, 상기 모터의 속도가 저속영역을 벗어나게 되면, 상기 고속영역에 도달할 때까지, 상기 인가전압의 주파수를 상기 지령속도에 따르도록 증가시키고(S21), 상기 인가전압의 크기는 모터의 속도에 비례하여 증가되는 역기전력을 고려하여 증가시키는 것이 바람직하다. 이와 아울러, 상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측한다.(S22) 상기 산출된 모 터의 속도가 고속영역의 하한 속도인 제2속도에 도달했는 지를 판단한다.(S23)In the second step S20, when the speed of the motor is out of the low speed region, the frequency of the applied voltage is increased to follow the command speed until reaching the high speed region (S21) Is preferably increased in consideration of counter electromotive force which is increased in proportion to the speed of the motor. In addition, the position of the rotor of the motor is observed based on the current and voltage of the motor (S22). It is determined whether the calculated motor speed reaches a second speed which is the lower limit speed of the high speed region. (S23)

상기 제3단계(S30)에서는 상기 모터의 속도가 고속영역에 진입하게 되면, 상기 모터의 속도를 상기 인가전압의 주파수 제어에서 추정속도 제어로 절환하고(S31), 상기 센서리스 알고리즘에 따라 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 상기 모터의 속도를 제어한다.(S32)  In the third step S30, when the speed of the motor enters the high speed region, the speed of the motor is switched from the frequency control of the applied voltage to the estimated speed control (S31) And estimates the speed of the motor based on the position of the motor rotor to control the speed of the motor. (S32)

상기 제1단계(S10) 또는 제2단계(S20)에서는 상기 모터의 속도는 상기 인가전압의 주파수에 의하여 산출된다.(S12,S23) In the first step (S10) or the second step (S20), the speed of the motor is calculated according to the frequency of the applied voltage (S12, S23)

상기 제1단계(S10) 또는 제2단계(S20)에서는 상기 인가전압의 주파수는 입력된 지령속도에 따르도록 증가하나, 상기 인가전압의 크기는 일정하게 유지되는 것도 가능하다. In the first step (S10) or the second step (S20), the frequency of the applied voltage is increased according to the inputted command speed, but the magnitude of the applied voltage can be kept constant.

본 실시예에서 적용되는 모터(160)는 180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터이며, 공간 벡터 제어방식으로 일컫는다.  The motor 160 applied in the present embodiment is a 180-degree energized sensorless BLDC motor and is referred to as a space vector control method.

도 6은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법으로 모터를 구동한 경우의 모터의 속도에 따른 적용 알고리즘의 변화를 도시한 것이다. FIG. 6 shows a change in the application algorithm according to the speed of the motor when the motor is driven by the method of starting the sensorless BLDC motor according to the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 모터의 속도를 제1구간에서는 오픈루프(Open Loop) 제어를 사용하여 BLDC 모터에 인가되는 전압의 주파수를 증가시켜 저속으로 구동시킨다. 모터의 속도가 일정 속도, 즉 제2구간에 도달하면 BLDC 모터를 오픈루프(Open Loop) 제어하여 속도를 증가시킴과 동시에 센스리스 알고리즘을 이용하여 단지 모터 회전자의 위치를 관측하기 시작한다. 즉, 모터의 속도 제어 알고리즘(V/F 제어 알고리즘)과, 모터 회전자의 위치 관측 알고리즘(센서리스 알고리즘) 을 이용하여 모터의 속도를 병렬 제어한다.As shown in FIG. 6, the speed of the motor is increased at a low speed by increasing the frequency of the voltage applied to the BLDC motor by using the open loop control in the first section. When the speed of the motor reaches a certain speed, that is, the second section, the speed of the BLDC motor is controlled by an open loop control, and at the same time, the position of the motor rotor is started to be observed using the senseless algorithm. That is, the speed of the motor is controlled in parallel by using the speed control algorithm (V / F control algorithm) of the motor and the position observation algorithm (sensorless algorithm) of the motor rotor.

이후, 모터 회전자가 좀더 빠른 일정 속도, 즉 제3구간에 도달하게 되면, 상기 제2구간에서 관측한 회전자 위치를 사용하여 센스리스 알고리즘으로 절환하여 BLDC 모터의 속도를 제어한다. Thereafter, when the motor rotor reaches a faster speed, that is, the third section, the speed of the BLDC motor is controlled by switching to the senseless algorithm using the rotor position observed in the second section.

이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.In the foregoing, the present invention has been described in detail by way of examples on the basis of the embodiments of the present invention and the accompanying drawings. However, the scope of the present invention is not limited by the above embodiments and drawings, and the scope of the present invention will be limited only by the content of the following claims.

도 1은 일반적인 센서리스 BLDC 모터의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram schematically showing the configuration of a general sensorless BLDC motor.

도 2는 도 1의 센서리스 BLDC 모터의 제어장치의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.2 is a block diagram schematically showing a configuration of a control apparatus of the sensorless BLDC motor of Fig.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치에 대한 구성을 보인 블록도이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a starter of a sensorless BLDC motor that changes a start algorithm according to a speed of a motor at the time of starting according to an embodiment of the present invention.

도 4는 센서리스 BLDC 모터의 속도가 고속영역에 도달하여 센서리스 알고리즘으로 모터의 속도 제어가 가능한 경우에 적용되는 센서리스 제어부의 구성을 간략하게 블록도로 도시한 것이다.FIG. 4 is a block diagram of a sensorless control unit applied when the speed of a sensorless BLDC motor reaches a high speed region and the speed of the motor can be controlled by a sensorless algorithm.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기동시 모터의 속도에 따라 기동 알고리즘을 달리하여 센서리스 BLDC 모터를 기동하는 방법의 흐름도이다. 5 is a flowchart of a method of starting a sensorless BLDC motor by varying a start algorithm according to the speed of the motor at the time of starting according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법으로 모터를 구동한 경우의 모터의 속도에 따른 적용 알고리즘의 변화를 도시한 것이다. FIG. 6 shows a change in the application algorithm according to the speed of the motor when the motor is driven by the method of starting the sensorless BLDC motor according to the present invention.

Claims (13)

모터에 구동 전압을 제공하는 인버터의 온/오프를 제어하는 PWM제어부와;A PWM controller for controlling on / off of an inverter for providing a driving voltage to the motor; 상기 모터에 인가되는 전압의 주파수가 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 저속 제어신호를 출력하는 전압/주파수 제어부와;A voltage / frequency controller for outputting a low-speed control signal to the PWM controller so that the frequency of the voltage applied to the motor is in accordance with the command speed; 상기 지령속도와, 상기 모터의 전압 및 전류에 기초한 추정속도를 비교하여 상기 모터의 속도가 상기 지령속도에 따르도록 상기 PWM제어부에 고속 제어신호를 출력하는 센서리스 제어부와;A sensorless controller for comparing the command speed with an estimated speed based on a voltage and a current of the motor and outputting a high speed control signal to the PWM controller so that the speed of the motor corresponds to the command speed; 지령속도에 기초하여 상기 전압/주파수 제어부와 상기 센서리스 제어부를 선택하는 제어알고리즘 절환부를 포함하고,And a control algorithm switching section for selecting the voltage / frequency control section and the sensorless control section on the basis of the command speed, 상기 전압/주파수 제어부가 상기 저속 제어신호를 출력하여 상기 모터에 인가되는 전압의 주파수를 상승시키고, 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 회전자 위치를 관측하는 동안, 상기 모터에 인가되는 전압의 크기는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.The voltage / frequency control unit outputs the low-speed control signal to raise the frequency of the voltage applied to the motor, and while the sensorless control unit observes the rotor position of the motor, the magnitude of the voltage applied to the motor is And the motor is kept constant. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도가 저속영역에 해당하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.Wherein the control algorithm switching section selects the voltage / frequency control section to control the speed of the motor when the command speed corresponds to a low speed region. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도가 고속영역에 해당하는 경우에는 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하도록 선택하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.Wherein the control algorithm switching unit selects the sensorless control unit to control the speed of the motor when the command speed corresponds to the high speed region. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 지령속도가 저속영역과 고속영역의 사이에 해당하는 경우에는 상기 전압/주파수 제어부가 상기 모터의 속도를 제어하고, 상기 센서리스 제어부가 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치. Wherein the voltage / frequency control unit controls the speed of the motor when the command speed is between the low speed area and the high speed area, and the sensorless control unit observes the position of the rotor of the motor. Leased BLDC motor starting device. 제 1 항에 있어서, The method according to claim 1, 상기 제어알고리즘 절환부는 상기 지령속도에 따라 상기 모터의 제어부를 선택하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치. Wherein the control algorithm switching unit includes a switch for selecting a control unit of the motor according to the command speed. 제 2 항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 전압/주파수 제어부는 상기 모터의 속도가 정지상태를 포함한 상기 저속영역을 경과할때까지 상기 인가전압의 주파수를 상기 지령속도에 도달할때까지 증가시키는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.Wherein the voltage / frequency control unit increases the frequency of the applied voltage until the speed of the motor reaches the commanded speed until the speed of the motor exceeds the low speed region including the stopped state. . 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 센서리스 제어부는 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달한 후에 상기 모터의 전류 및 전압에 기초한 추정속도와, 상기 지령속도를 비교하여 상기 모터의 속도를 상기 지령속도에 따르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 장치.The sensorless control unit compares the commanded speed with an estimated speed based on the current and voltage of the motor after the speed of the motor reaches the high speed region and controls the speed of the motor to follow the commanded speed Of the sensorless BLDC motor. 모터의 속도가 지령속도에 따르도록 인가전압의 주파수를 상승시키는 제1단계와;A first step of raising the frequency of the applied voltage so that the speed of the motor corresponds to the command speed; 상기 모터의 속도가 지령속도에 따르도록 인가전압의 주파수를 상승시키고, 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 제2단계와;A second step of raising the frequency of the applied voltage so that the speed of the motor follows the command speed and observing the position of the rotor of the motor; 상기 모터의 속도가 모터의 전류 및 전압으로 추정된 속도와, 상기 지령속도의 비교차에 기초하여 상기 지령속도에 따르도록 제어되는 제3단계를 포함하고,And a third step in which the speed of the motor is controlled to follow the command speed based on a comparison between the speed estimated based on the current and voltage of the motor and the command speed, 상기 제1단계 또는 제2단계에서 상기 인가전압의 크기는 일정하게 유지되는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.Wherein the magnitude of the applied voltage is kept constant in the first or second step. 제 8 항에 있어서, 상기 제2단계는, 9. The method according to claim 8, 상기 모터의 속도가 고속영역에 도달할 때까지, 상기 인가전압의 주파수를 증가시키는 속도 상승단계와;A speed increasing step of increasing the frequency of the applied voltage until the speed of the motor reaches a high speed region; 상기 모터의 전류 및 전압에 기초하여 상기 모터의 회전자의 위치를 관측하는 회전자 위치관측 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센스리스 BLDC 모터의 기동 방법.And observing a position of a rotor of the motor based on the current and voltage of the motor. 제 8 항에 있어서, 상기 제3단계는9. The method according to claim 8, wherein the third step 상기 모터의 속도가 상기 고속영역에 도달하면, 상기 모터의 속도를 상기 인 가전압의 주파수 제어에서 추정속도 제어로 절환하는 단계와;Switching the speed of the motor from the frequency control to the estimated speed control of the phosphorus voltage when the speed of the motor reaches the high speed region; 상기 관측된 모터 회전자의 위치에 기초하여 상기 모터의 속도를 추정하여 제어하는 센서리서 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.And a sensor control step of estimating and controlling the speed of the motor based on the position of the motor rotor observed. 제 8 항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 제1단계 또는 제2단계에서 상기 모터의 속도는 상기 인가전압의 주파수에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동 방법.Wherein the speed of the motor in the first step or the second step is calculated according to the frequency of the applied voltage. 삭제delete 제 8 항에서,9. The method of claim 8, 상기 모터는 180도 통전방식의 센서리스 BLDC 모터인 것을 특징으로 하는 센서리스 BLDC 모터의 기동방법. Wherein the motor is a sensorless BLDC motor of 180 degree energization type.
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