KR102155269B1 - 전동기 구동 회로 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

전동기 구동 회로 및 그것의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전동기에 구동 신호를 전송하는 전동기 구동 회로는 펄스 폭 변조 신호에 상응하는 상기 구동 신호를 생성하는 게이트 드라이버, 상기 전동기에 장착된 홀 센서로부터 수신된 홀 센서 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 신호 발생기, 상기 게이트 드라이버에 공급되는 링크 전류를 측정하는 전류 센서, 상기 측정된 링크 전류의 고주파 성분을 제거한 필터 전류를 출력하는 저주파 통과 필터, 그리고 상기 필터 전류를 참조하여 스타트 신호에 따라 리드 앵글을 생성하는 최소 소비 전력 추정부를 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 리드 앵글에 따라 변경될 수 있다.

Description

전동기 구동 회로 및 그것의 동작 방법{MOTOR DRIVING CIRCUIT AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전동기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 최소 소비 전력을 추정하는 전동기의 구동 회로 및 그것의 구동 방법에 관한 것이다.
전동기는 전류가 자기장 내에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치이다. 전동기는 입력 전원의 종류에 따라 교류전동기 및 직류전동기로 분류된다. 교류전동기는 고정자의 권선에 전류를 공급하여 자기장을 변화시켜 회전자를 회전시킨다. 직류전동기는 회전자에 일정한 전류를 공급하여 회전자를 회전시킨다. 이때, 직류전동기는 정류자(brush)를 사용하여 회전자의 위치에 상관없이 일정한 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 한다. 최근에는 전력전자제어 기술이 발달함에 따라, 전자 스위칭 기술을 사용하여 정류자를 사용하지 않는 직류 전동기(BLDC Motor; Brushless Direct Current Motor)가 제공되고 있다. BLDC 전동기는 정류자를 사용하지 않기 때문에, 기계적인 마찰로 인한 열발생 및 정류자의 마모에 대한 문제점이 없다.
전동기는 회전자의 위치 신호를 추출하여 구동 조건에 따라 일정한 성능을 유지하여야 한다. 여기서 구동 조건은 구동 속도, 부하 조건 등을 포함한다. 구동 조건이 결정되면, 전동기의 구동 회로는 구동 조건에 따라 전동기에 에너지를 공급한다. 동일한 구동 조건이라면, 전동기를 구동하는 가장 효율적인 방법은 최소의 소비 전력을 사용하는 것이다.
본 발명의 목적은 구동 회로에 공급되는 직류 전류를 측정하여 전동기의 최소 소비 전력을 추정하는 전동기의 구동 회로 및 그것의 구동 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기에 구동 신호를 전송하는 전동기 구동 회로는 펄스 폭 변조 신호에 상응하는 상기 구동 신호를 생성하는 게이트 드라이버, 상기 전동기에 장착된 홀 센서로부터 수신된 홀 센서 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 신호 발생기, 상기 게이트 드라이버에 공급되는 링크 전류를 측정하는 전류 센서, 상기 측정된 링크 전류의 고주파 성분을 제거한 필터 전류를 출력하는 저주파 통과 필터, 그리고 상기 필터 전류를 참조하여 스타트 신호에 따라 리드 앵글을 생성하는 최소 소비 전력 추정부를 포함하고, 상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 리드 앵글에 따라 변경될 수 있다.
또한, 상기 펄스 폭 변조 신호 발생기는, 상기 홀 센서 신호에 따라 회전자 위치 정보를 생성하는 위치 추정부, 상기 회전자 위치 정보에 따라 정현파 신호를 생성하는 정현파 생성부, 그리고 상기 정현파 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 펄스 폭 변조 신호 발생기는, 상기 회전자 위치 정보에 따라 회전자의 속도를 추정하고, 기준 속도 신호를 수신하여 상기 추정된 회전자의 속도와 상기 기준 속도 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 속도 제어 신호를 생성하는 속도 추정 및 제어부를 포함하고, 상기 펄스 폭 변조부는 상기 속도 제어 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 변경할 수 있다.
또한, 상기 위치 추정부는 상기 리드 앵글에 따라 상기 회전자 위치 정보를 변경할 수 있다.
또한, 상기 스타트 신호가 논리 0인 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 미리 저장된 리드 앵글을 출력할 수 있다. 상기 스타트 신호가 논리 1인 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 미리 설정된 리드 앵글 변화량에 따라 변경할 수 있다.
또한, 상기 리드 앵글의 증가에 따라 상기 필터 전류가 감소하는 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 상기 리드 앵글 변화량만큼 증가시켜 출력할 수 있다. 상기 리드 앵글의 증가에 따라 상기 필터 전류가 증가하는 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 상기 리드 앵글 변화량만큼 감소시켜 출력할 수 있다.
또한, 상기 최소 소비 전력 추정부는 제 1 리드 앵글에 대응하는 제 1 필터 전류의 값을 저장하고, 상기 제 1 리드 앵글을 변경한 제 2 리드 앵글에 대응하는 제 2 필터 전류를 수신하여 상기 제 1 필터 전류의 값과 상기 제 2 필터 전류의 값의 차이에 따라 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력할 수 있다.
또한, 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류의 값보다 작은 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 제 2 리드 앵글을 출력할 수 있다. 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류의 값보다 크거나 같은 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 제 1 리드 앵글을 출력할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전동기 구동 회로의 동작 방법은 게이트 드라이버에 공급되는 링크 전류를 측정하는 단계, 상기 링크 전류의 고주파 성분을 제거하여 필터 전류로 변환하는 단계, 스타트 신호에 따라 상기 필터 전류를 참조하여 최소 소비 전력 추정 과정을 통해 리드 앵글을 생성하는 단계, 상기 리드 앵글에 따라 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 게이트 드라이버에 의해 상기 펄스 폭 변조 신호에 따라 전동기 구동 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 최소 소비 전력 추정 과정을 통해 리드 앵글을 생성하는 단계는, 제 1 리드 앵글에 대응하는 제 1 필터 전류를 수신하는 단계, 상기 제 1 리드 앵글을 변경한 제 2 리드 앵글에 대응하는 제 2 필터 전류를 수신하는 단계, 상기 제 1 필터 전류의 값과 상기 제 2 필터 전류의 값의 차이에 따라 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계에서, 상기 제 2 리드 앵글은 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류값보다 작은 경우에 출력될 수 있다.
또한, 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계에서, 상기 제 1 리드 앵글은 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류값보다 크거나 같은 경우에 출력될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 구동 회로에 공급되는 직류 전류를 측정하여 전동기의 최소 소비 전력을 추정하는 전동기의 구동 회로 및 그것의 구동 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기의 구동 회로를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 펄스 폭 변조 신호 발생기를 자세히 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 전동기 구동 회로에서 리드 앵글의 의미를 보여주는 타이밍도이다.
도 4는 도 1의 전동기 구동 회로의 최소 소비 전류 추정 방법에 따른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1의 전동기 구동 회로의 최소 소비 전류 추정 방법에 따른 다른 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기의 구동 방법을 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 펄스 폭 변조 신호 발생기를 보여주는 블록도이다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다.
이하에서는, 전동기가 본 발명의 특징 및 기능을 설명하기 위한 전기 장치의 한 예로서 사용될 것이다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 여기에 기재된 내용에 따라 본 발명의 다른 이점들 및 성능을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 다른 실시 예들을 통해 구현되거나 적용될 수 있을 것이다. 게다가, 상세한 설명은 본 발명의 범위, 기술적 사상 그리고 다른 목적으로부터 상당히 벗어나지 않고, 관점 및 응용에 따라 수정되거나 변경될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기의 구동 회로를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전동기(600)는 게이트 드라이버(500)로부터 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 공급받아 구동될 수 있다. 도 1에서는, 예시적으로, 브러쉬리스 직류(Brushless Direct Current, BLDC) 전동기를 보여주고 있다. 하지만, 이 기술 분야에 정통한 사람은 BLDC 전동기에 국한되지 않음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
전류 센서(100)는 게이트 드라이버(500)에 공급되는 링크 전류(ilink)를 측정할 수 있다. 전류 센서(100)는 도선 주위의 자기장을 이용하여 도선에 흐르는 전류를 측정할 수 있다. 전류 센서(100)는 링크 전류(ilink)를 측정하여 저주파 통과 필터(200)에 센서 전류(isensor)를 전송할 수 있다. 링크 전류(ilink)는 전류 센서(100)를 통하여 게이트 드라이버(500)에 공급될 수 있다.
저주파 통과 필터(200)는 측정된 센서 전류(isensor)의 고주파 성분을 제거할 수 있다. 저주파 통과 필터(200)의 컷오프(Cut-off) 주파수는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 주파수보다 낮게 설정될 수 있다. 링크 전류(ilink)와 센서 전류(isensor)는 일반적으로 직류이지만 고주파 성분을 포함할 수 있기 때문이다. 저주파 통과 필터(200)는 센서 전류(isensor)에서 고주파 성분을 제거한 필터 전류(ifilter)를 최소 소비 전력 추정부(300)에 전송할 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(Lead Angle, LA)의 관계를 이용하여 전동기(600)의 소비 전력을 제어할 수 있다. 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계에 대해서는 도 4 및 도 5에서 자세히 설명하기로 한다. 리드 앵글(LA)은 전동기(600)의 회전자의 위치를 변화시키기 위한 값이다. 리드 앵글(LA)에 대해서는 도 3에서 자세히 설명하기로 한다. 리드 앵글(LA)의 단위는 각도(예를 들어, 0도~360도)일 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 스타트 신호(start)를 수신할 수 있다. 스타트 신호(start)는, 예를 들어, 논리 0 또는 논리 1일 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계를 이용하여 변경된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다.
펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 게이트 드라이버(500)에 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 전송할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 전동기(600)에 장착된 홀 센서(Hall Sensor, 미도시)로부터 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)을 수신하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 추정된 회전자 위치 정보(angle)를 이용하여 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다.
또한, 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 기준 속도 신호(v_ref)를 수신할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 회전자 위치 정보(angle)를 이용하여 회전자의 속도를 추정할 수 있다. 회전자의 속도는 시간에 따른 회전자 위치 정보(angle)의 변화를 통해 추정될 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 추정된 회전자의 속도와 기준 속도를 비교하여 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 제어할 수 있다.
또한, 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 최소 소비 전력 추정부(300)로부터 리드 앵글(LA)을 수신할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 리드 앵글(LA)을 이용하여 회전자 위치 정보(angle)를 변경할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 변경된 회전자 위치 정보(angle)에 따라 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다.
게이트 드라이버(500)는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 수신하여 전동기 구동 신호들(U, V, W)로 변경할 수 있다. 게이트 드라이버(500)는 링크 전압(Vlink)과 접지 전압(GND)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)은 전동기 구동 신호들(U, V, W)보다 낮은 전압을 가질 수 있다. 게이트 드라이버(500)는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 링크 전압(Vlink)에 대응하는 크기로 변경하여 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 생성할 수 있다. 게이트 드라이버(500)는 링크 전류(ilink)를 공급받아 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 생성할 수 있다. 링크 전류(ilink)는 전동기(600)에 공급되는 전류와 전동기 구동 신호들(U, V, W)의 생성에 이용되는 전류를 포함할 수 있다. 하지만, 전동기(600)에 공급되는 전류가 링크 전류(ilink)의 대부분을 차지할 수 있다.
전동기(600)는 게이트 드라이버(500)로부터 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 수신할 수 있다. 전동기(600)에 장착된 홀 센서(미도시)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)을 생성할 수 있다.
전동기 구동 신호들(U, V, W)은, 예를 들어, 교류 신호일 수 있다. 따라서, 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 측정하여 전동기(600)의 소비 전력을 측정하는 것은 부정확할 수 있다. 또한, 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 측정하여 전동기(600)의 소비 전력을 제어하는 것도 부정확할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시 예에서 전류 센서(100)는 게이트 드라이버(500)에 공급되는 링크 전류(ilink)를 측정한다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 측정된 링크 전류(ilink)에서 고주파 성분을 제거한 필터 전류(ifilter)를 이용하여 동일한 구동 조건(예를 들어, 회전자의 속도)에서 전동기(600)의 소비 전력을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1의 펄스 폭 변조 신호 발생기를 자세히 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 펄스 폭 변조 신호 발생기(400a)는 최소 소비 전력 추정부(300)로부터 리드 앵글(LA)을 수신하여 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400a)는 위치 추정부(410a), 정현파 생성부(420a), 속도 추정 및 제어부(430a) 및 펄스 폭 변조부(440a)를 포함할 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 리드 앵글(LA)을 위치 추정부(410a)로 전송할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 필터 전류(ifilter)와 스타트 신호(start)를 수신하여 리드 앵글(LA)을 변경할 수 있다. 리드 앵글(LA)은 회전자의 위치를 변화시키기 위한 값이다. 리드 앵글(LA)에 대해서는 도 3에서 자세히 설명하기로 한다. 리드 앵글(LA)은 위치 추정부(410a)로 전송될 수 있다. 스타트 신호(start)는, 예를 들어, 논리 0 또는 논리 1일 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 저장된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계를 이용하여 변경된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다. 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계에 대해서는 도 4 및 도 5에서 자세히 설명하기로 한다.
위치 추정부(410a)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)을 수신하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(410a)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c) 중 어느 하나를 기준으로 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(410a)는 추정된 회전자 위치 정보(angle)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 회전자 위치 정보(angle)는 0도에서 360도의 값을 가질 수 있다. 홀 센서 신호(h_a)가 하이 레벨(High Level)로 상승할 때, 위치 추정부(410a)는 0도의 값을 갖는 회전자 위치 정보(angle)를 생성할 수 있다. 회전자 위치 정보(angle)는 정현파 생성부(420a)와 속도 추정 및 제어부(430a)로 전송될 수 있다. 또한, 위치 추정부(410a)는 수신된 리드 앵글(LA)에 따라서 회전자 위치 정보(angle)를 변경할 수 있다.
정현파 생성부(420a)는 회전자 위치 정보(angle)를 수신하여 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 생성할 수 있다. 정현파 생성부(420a)는, 예를 들어, 회전자 위치 정보(angle)에 따른 룩 업 테이블(Look-up Table)을 저장할 수 있다. 정현파 생성부(420a)는 룩 업 테이블(Look-up Table)에 따라 수신된 회전자 위치 정보(angle)에 대응하는 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 정현파 신호(S_a)는 회전자 위치 정보(angle)에 따라 기준이 되는 신호로써 생성될 수 있다. 정현파 신호(S_b)는 정현파 신호(S_a)와 120도의 위상차를 가지는 신호로 생성될 수 있다. 정현파 신호(S_c)는 정현파 신호(S_a)와 240도의 위상차를 가지는 신호로 생성될 수 있다.
펄스 폭 변조부(440a)는 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 수신하여 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다. 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM)는 아날로그(Analog) 물리량을 디지털(Digital)화하는 방식이다. 펄스 폭 변조(PWM)는 일정한 주기로 아날로그(Analog) 신호를 샘플링할 수 있다. 펄스 폭 변조(PWM)는 아날로그(Analog) 신호를 샘플링된 값에 비례하는 펄스 폭을 가지는 디지털(Digital) 신호로 변환하는 것이다. 펄스 폭 변조부(440a)는 펄스 폭 변조(PWM)를 수행하여 수신된 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)에 대응하는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다.
또한, 펄스 폭 변조부(440a)는 속도 추정 및 제어부(430a)로부터 속도 제어 신호(v_con)를 수신할 수 있다. 펄스 폭 변조부(440a)는 속도 제어 신호(v_con)에 따라 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 펄스 폭을 제어할 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 펄스 폭이 증가하면, 전동기(600)의 회전자의 속도는 증가할 수 있다.
속도 추정 및 제어부(430a)는 회전자 위치 정보(angle)를 수신하여 회전자의 속도를 추정할 수 있다. 회전자의 속도는 시간에 따른 회전자 위치 정보(angle)의 변화를 통해서 추정될 수 있다. 속도 추정 및 제어부(430a)는 기준 속도 신호(v_ref)를 수신할 수 있다. 속도 추정 및 제어부(430a)는 추정된 회전자의 속도 값과 기준 속도 신호(v_ref)를 비교하여 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추정된 회전자의 속도가 기준 속도보다 빠른 경우, 속도 추정 및 제어부(430a)는 회전자의 속도를 감소시키도록 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다. 추정된 회전자의 속도가 기준 속도보다 느린 경우, 속도 추정 및 제어부(430a)는 회전자의 속도를 증가시키도록 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다.
이상에서와 같이 최소 소비 전력 추정부(300)는 리드 앵글(LA)을 위치 추정부(410a)에 전송할 수 있다. 위치 추정부(410a)는 수신된 리드 앵글(LA)에 따라 추정된 회전자 위치 정보(angle)를 변경할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)은 변경된 회전자 위치 정보(angle)에 따라 생성될 수 있다. 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)이 변경되면, 회전자의 위치는 변경될 수 있다. 결국, 회전자의 위치는 리드 앵글(LA)에 따라 변경될 수 있다. 전동기(600)의 소비 전력은 동일한 구동 조건에서 회전자의 위치에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 최소 소비 전력 추정부(300)는 리드 앵글(LA)을 변경하여 전동기(600)의 소비 전력을 제어할 수 있다.
도 3은 도 1의 전동기 구동 회로에서 리드 앵글의 의미를 보여주는 타이밍도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)은 전동기(600)에 장착된 홀 센서(Hall Sensor, 미도시)들에 의해 생성될 수 있다. 홀 센서(Hall Sensor)는 인가되는 자기장에 따라 변화하는 신호를 발생시킬 수 있다. 따라서, 홀 센서(Hall Sensor)는 회전자의 위치에 따라 변화하는 신호를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)은 일정한 주기로 반복되는 펄스 형태의 신호일 수 있다. 홀 센서 신호(h_a)는 t0 시점에 상승하여 t3 시점에 하강하는 펄스 형태의 신호일 수 있다. 홀 센서 신호(h_b)는 t1 시점에 하강하여 t4 시점에 상승하는 펄스 형태의 신호일 수 있다. 홀 센서 신호(h_c)는 t2 시점에 상승하여 t5 시점에 하강하는 펄스 형태의 신호일 수 있다.
위치 추정부(410a)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)을 수신하여 회전자 위치 정보(angle)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 회전자 위치 정보(angle)는 0도에서 360도 사이의 값을 가질 수 있다. 위치 추정부(410a)는 홀 센서 신호(h_a)의 상승 시점(t1)에 회전자 위치 정보(angle)를 0도로 설정할 수 있다. 따라서, 홀 센서 신호(h_a)가 t0 시점에 상승하는 경우, 위치 추정부(410a)는 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)를 생성할 수 있다. 정현파 생성부(420a)는 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)를 수신하여 제 1 정현파 신호(Sin1)를 생성할 수 있다. 속도 추정 및 제어부(430a)는 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)를 수신하여 회전자의 속도를 추정할 수 있다. 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)의 기울기는 회전자의 속도를 나타낼 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 리드 앵글(LA)을 위치 추정부(410a)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 리드 앵글(LA)은 0도에서 360도 사이의 값을 가질 수 있다. 위치 추정부(410a)는 리드 앵글(LA)에 따라 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)를 제 2 회전자 위치 정보(Angle2)로 변경할 수 있다. 정현파 생성부(420a)는 제 2 회전자 위치 정보(Angle2)에 따라 제 2 정현파 신호(Sin2)를 생성할 수 있다. 따라서, 제 1 정현파 신호(Sin1)는 리드 앵글(LA)에 따라 제 2 정현파 신호(Sin2)로 변경될 수 있다. 하지만, 이때 회전자의 속도는 변경되지 않는다. 제 1 회전자 위치 정보(Angle1)와 제 2 회전자 위치 정보(Angle2)의 기울기는 서로 같기 때문이다.
따라서, 회전자 위치 정보(angle)는 리드 앵글(LA)에 따라 변경될 수 있다. 회전자 위치 정보(angle)가 변경되면, 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)은 변경될 수 있다. 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)이 변경되면, 변경된 회전자의 위치에 따라 전동기(600)의 소비 전력은 달라질 수 있다. 하지만, 회전자의 속도는 리드 앵글(LA)에 의해 변하지 않는다. 리드 앵글(LA)은 회전자 위치 정보(angle)의 기울기를 변화시키지 않기 때문이다.
도 4는 도 1의 전동기 구동 회로의 최소 소비 전류 추정 방법에 따른 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계는 도 4와 같은 포물선을 그릴 수 있다. 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 순서쌍은 도 4의 포물선을 따라 움직일 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(a_ini)을 설정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(a_ini)에 따른 초기 필터 전류(b_ini)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 현재의 리드 앵글(LA)에서 더하거나 뺄 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 먼저 플래그(Flag)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 감소하면, 플래그(Flag)는 논리 1로 설정될 수 있다. 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 증가하면, 플래그(Flag)는 논리 0으로 설정될 수 있다. 도 4에서는 플래그(Flag)가 논리 1인 경우를 보여준다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 스타트 신호(start)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재 설정된 리드 앵글(LA)을 유지할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 최소 소비 전력 추정 과정을 시작할 수 있다.
최소 소비 전력 추정 과정이 시작되면, 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(a_ini)과 초기 필터 전류(b_ini)를 설정한 후 초기 리드 앵글(a_ini)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 더할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 필터 전류(b_ini)값을 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 리드 앵글(a_1)을 출력하여 그에 대응하는 제 1 필터 전류(b_1)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 기준 전류차(Δi)를 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 필터 전류(b_1)에서 초기 필터 전류(b_ini)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다.(과정①)
제 1 필터 전류(b_1)에서 초기 필터 전류(b_ini)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 작으면, 스타트 신호(start)는 계속 논리 1로 유지될 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 리드 앵글(a_1)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 더할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 필터 전류(b_1)값을 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 2 리드 앵글(a_2)을 출력하여 그에 대응하는 제 2 필터 전류(b_2)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 2 필터 전류(b_2)에서 제 1 필터 전류(b_1)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다.(과정②) 제 2 필터 전류(b_2)에서 제 1 필터 전류(b_1)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 작으면, 스타트 신호(start)는 계속 논리 1로 유지될 수 있다. 과정③은 과정②와 같은 방법으로 진행될 수 있다.
과정④에서, 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 4 필터 전류(b_4)에서 제 3 필터 전류(b_3)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다. 제 4 필터 전류(b_4)에서 제 3 필터 전류(b_3)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 크면, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 리드 앵글(a_4)에서 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 뺄 수 있다.(과정⑤) 과정⑤ 이후에 스타트 신호(start)는 논리 0으로 변경될 수 있다. 결국, 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 3 리드 앵글(a_3 = a_fnl)을 최종적으로 출력할 수 있다. 따라서, 전동기(600)는 제 3 필터 전류(b_3 = b_fnl)에 해당하는 링크 전류(ilink)로 구동될 수 있다. 전동기(600)는 동일한 구동 조건에서 초기에 공급된 전류보다 적은 링크 전류(ilink)로 구동될 수 있다.
도 5는 도 1의 전동기 구동 회로의 최소 소비 전류 추정 방법에 따른 다른 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도3, 도 5를 참조하면, 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 관계는 도 5와 같은 포물선을 그릴 수 있다. 필터 전류(ifilter)와 리드 앵글(LA)의 순서쌍은 도 5의 포물선을 따라 움직일 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(c_ini)을 설정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(c_ini)에 따른 초기 필터 전류(d_ini)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 현재의 리드 앵글(LA)에서 더하거나 뺄 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 먼저 플래그(Flag)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 감소하면, 플래그(Flag)는 논리 1로 설정될 수 있다. 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 증가하면, 플래그(Flag)는 논리 0으로 설정될 수 있다. 도 5에서는 플래그(Flag)가 논리 0인 경우를 보여준다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 스타트 신호(start)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재 설정된 리드 앵글(LA)을 유지할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 최소 소비 전력 추정 과정을 시작할 수 있다.
최소 소비 전력 추정 과정이 시작되면, 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(c_ini)과 초기 필터 전류(d_ini)를 설정한 후 초기 리드 앵글(c_ini)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 뺄 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 필터 전류(d_ini)값을 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 리드 앵글(c_1)을 출력하여 그에 대응하는 제 1 필터 전류(d_1)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 미리 설정된 기준 전류차(Δi)를 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 필터 전류(d_1)에서 초기 필터 전류(d_ini)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다.(과정①)
제 1 필터 전류(d_1)에서 초기 필터 전류(d_ini)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 작으면, 스타트 신호(start)는 논리 1로 유지될 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 리드 앵글(c_1)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 뺄 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 1 필터 전류(d_1)값을 저장할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 2 리드 앵글(c_2)을 출력하여 제 2 필터 전류(d_2)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 2 필터 전류(d_2)에서 제 1 필터 전류(d_1)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다.(과정②) 제 2 필터 전류(d_2)에서 제 1 필터 전류(d_1)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 작으면, 스타트 신호(start)는 논리 1로 유지될 수 있다. 과정③은 과정②와 같은 방법으로 진행될 수 있다.
과정④에서, 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 4 필터 전류(d_4)에서 제 3 필터 전류(d_3)를 뺀 값과 기준 전류차(Δi)를 비교할 수 있다. 제 4 필터 전류(d_4)에서 제 3 필터 전류(d_3)를 뺀 값이 기준 전류차(Δi)보다 크면, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 리드 앵글(c_4)에서 리드 앵글 변화량(ΔLA)을 더할 수 있다.(과정⑤) 과정⑤ 이후에 스타트 신호(start)는 논리 0으로 변경될 수 있다. 결국, 최소 소비 전력 추정부(300)는 제 3 리드 앵글(c_3 = c_fnl)을 최종적으로 출력할 수 있다. 따라서, 전동기(600)는 제 3 필터 전류(d_3 = d_fnl)에 해당하는 링크 전류(ilink)로 구동될 수 있다. 전동기(600)는 동일한 구동 조건에서 초기에 공급된 전류보다 적은 링크 전류(ilink)로 구동될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 전동기의 구동 방법을 보여주는 순서도이다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 전동기(600)의 소비 전력은 최소 소비 전력 추정부(300)에 의해 생성되는 리드 앵글(LA)에 의해 제어될 수 있다.
S110 단계에서, 전류 센서(100)는 링크 전류(ilink)를 측정할 수 있다. 전류 센서(100)는 도선을 흐르는 링크 전류(ilink)에 의한 자기장을 이용하여 측정된 센서 전류(isensor)를 출력할 수 있다. 링크 전류(ilink)는 고주파 성분을 포함할 수 있다. 따라서, 센서 전류(isensor)도 고주파 성분을 포함할 수 있다. 저주파 통과 필터(200)는 최소 소비 전력 추정부(300)에서 사용하기 위해 센서 전류(isensor)에서 고주파 성분을 제거한 필터 전류(ifilter)를 출력할 수 있다. 저주파 통과 필터(200)의 컷오프(Cut-off) 주파수는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 주파수보다 낮게 설정될 수 있다.
S120 단계에서, 최소 소비 전력 추정부(300)는 스타트 신호(start) 및 필터 전류(ifilter)를 수신하여 최소 소비 전력 추정 과정(도 4 및 도 5 참조)을 실행할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(LA)을 설정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 초기 리드 앵글(LA)에 대응하는 초기 필터 전류(ifilter)를 수신할 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 먼저 플래그(Flag)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 감소하면, 플래그(Flag)는 논리 1로 설정될 수 있다. 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 증가하면, 플래그(Flag)는 논리 0으로 설정될 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(300)는 스타트 신호(start)에 따라 현재의 리드 앵글(LA)을 유지하거나 변경할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 리드 앵글(LA)과 필터 전류(ifilter)의 관계를 이용하여 변경된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 리드 앵글(LA)을 유지하여 출력할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 리드 앵글(LA)을 변경하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 1이고 플래그(Flag)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 리드 앵글(LA)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)를 더하여 다음의 리드 앵글(LA)을 설정할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1이고 플래그(Flag)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 리드 앵글(LA)에서 리드 앵글 변화량(ΔLA)를 빼서 다음의 리드 앵글(LA)을 설정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 다음의 리드 앵글(LA)에 대응하는 다음의 필터 전류(ifilter)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(300)는 현재의 필터 전류(ifilter)와 다음의 필터 전류(ifilter)를 비교하여 최소 소비 전력 추정 과정의 진행 여부를 결정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정 과정은 도 4 및 도 5에서 설명되었으므로, 자세한 설명은 생략한다.
S130 단계에서, 최소 소비 전력 추정부(300)는 최소 소비 전력 추정 결과에 따라 최종적으로 결정된 리드 앵글(LA)을 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)로 전송할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호 발생기(400)는 수신된 리드 앵글(LA)에 따라 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다.
S140 단계에서, 게이트 드라이버(500)는 수신된 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)에 상응하는 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)은 전동기 구동 신호들(U, V, W)보다 낮은 전압을 가질 수 있다. 게이트 드라이버(500)는 링크 전압(Vlink)에 상응하는 전동기 구동 신호들(U, V, W)을 생성할 수 있다.
S150 단계에서, 전동기(600)는 수신된 전동기 구동 신호들(U, V, W)에 따라 구동될 수 있다. 전동기(600)는 최소 소비 전력 추정 과정을 통해 최초 공급된 전류보다 낮은 링크 전류(ilink)에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 전동기(600)의 소비 전력은 절감될 수 있다. 하지만, 이때 전동기(600)의 회전자의 속도는 변하지 않을 수 있다. 결국, 전동기(600)는 동일한 구동 조건에서 최초 공급된 전류보다 낮은 링크 전류(ilink)에 의해 구동될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 펄스 폭 변조 신호 발생기를 보여주는 블록도이다. 도 7을 참조하면, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 펄스 폭 변조 신호 발생기(400b)의 내부에 포함될 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(450b)는 미리 설정된 리드 앵글(LA)을 위치 추정부(410b)로 전송할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(450b)는 필터 전류(ifilter)와 스타트 신호(start)를 수신하여 리드 앵글(LA)을 변경할 수 있다. 리드 앵글(LA)은 회전자의 위치를 변화시키기 위한 값이다. 리드 앵글(LA)은 위치 추정부(410b)로 전송될 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(450b)는 먼저 플래그(Flag)를 설정할 수 있다. 예를 들어, 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 감소하면, 플래그(Flag)는 논리 1로 설정될 수 있다. 리드 앵글(LA)을 증가시켰을 때 필터 전류(ifilter)가 증가하면, 플래그(Flag)는 논리 0으로 설정될 수 있다.
최소 소비 전력 추정부(450b)는 스타트 신호(start)에 따라 현재의 리드 앵글(LA)을 유지하거나 변경할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(450b)는 리드 앵글(LA)과 필터 전류(ifilter)의 관계를 이용하여 변경된 리드 앵글(LA)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 현재의 리드 앵글(LA)을 유지하여 출력할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 리드 앵글(LA)을 변경하여 출력할 수 있다.
예를 들어, 스타트 신호(start)가 논리 1이고 플래그(Flag)가 논리 1인 경우, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 현재의 리드 앵글(LA)에 리드 앵글 변화량(ΔLA)를 더하여 다음의 리드 앵글(LA)을 설정할 수 있다. 스타트 신호(start)가 논리 1이고 플래그(Flag)가 논리 0인 경우, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 현재의 리드 앵글(LA)에서 리드 앵글 변화량(ΔLA)를 빼서 다음의 리드 앵글(LA)을 설정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(450b)는 다음의 리드 앵글(LA)에 대응하는 다음의 필터 전류(ifilter)를 수신할 수 있다. 최소 소비 전력 추정부(450b)는 현재의 필터 전류(ifilter)와 다음의 필터 전류(ifilter)를 비교하여 최소 소비 전력 추정 과정의 진행 여부를 결정할 수 있다. 최소 소비 전력 추정 과정은 도 4 및 도 5에서 설명되었으므로, 자세한 설명은 생략한다.
위치 추정부(410b)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c)을 수신하여 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(410b)는 홀 센서 신호들(h_a, h_b, h_c) 중 어느 하나를 기준으로 회전자의 위치를 추정할 수 있다. 위치 추정부(410b)는 추정된 회전자 위치 정보(angle)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 회전자 위치 정보(angle)는 0도에서 360도의 값을 가질 수 있다. 홀 센서 신호(h_a)가 하이 레벨(High Level)로 상승할 때, 위치 추정부(410b)는 0도의 값을 갖는 회전자 위치 정보(angle)를 생성할 수 있다. 회전자 위치 정보(angle)는 정현파 생성부(420b)와 속도 추정 및 제어부(430b)로 전송될 수 있다. 또한, 위치 추정부(410b)는 수신된 리드 앵글(LA)에 따라서 회전자 위치 정보(angle)를 변경할 수 있다.
정현파 생성부(420b)는 회전자 위치 정보(angle)를 수신하여 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 생성할 수 있다. 정현파 생성부(420b)는, 예를 들어, 회전자 위치 정보(angle)에 따른 룩 업 테이블(Look-up Table)을 저장할 수 있다. 정현파 생성부(420b)는 룩 업 테이블(Look-up Table)에 따라 수신된 회전자 위치 정보(angle)에 대응하는 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 정현파 신호(S_a)는 회전자 위치 정보(angle)에 따라 기준이 되는 신호로써 생성될 수 있다. 정현파 신호(S_b)는 정현파 신호(S_a)와 120도의 위상차를 가지는 신호로 생성될 수 있다. 정현파 신호(S_c)는 정현파 신호(S_a)와 240도의 위상차를 가지는 신호로 생성될 수 있다.
펄스 폭 변조부(440b)는 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)을 수신하여 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다. 펄스 폭 변조부(440b)는 펄스 폭 변조(PWM)를 수행하여 수신된 정현파 신호들(S_a, S_b, S_c)에 대응하는 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)을 생성할 수 있다.
또한, 펄스 폭 변조부(440b)는 속도 추정 및 제어부(430b)로부터 속도 제어 신호(v_con)를 수신할 수 있다. 펄스 폭 변조부(440b)는 속도 제어 신호(v_con)에 따라 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 펄스 폭을 제어할 수 있다. 예를 들어, 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)의 펄스 폭이 증가하면, 전동기의 회전자의 속도는 증가할 수 있다.
속도 추정 및 제어부(430b)는 회전자 위치 정보(angle)를 수신하여 회전자의 속도를 추정할 수 있다. 회전자의 속도는 시간에 따른 회전자 위치 정보(angle)의 변화를 통해서 추정될 수 있다. 속도 추정 및 제어부(430b)는 기준 속도 신호(v_ref)를 수신할 수 있다. 속도 추정 및 제어부(430b)는 추정된 회전자의 속도 값과 기준 속도 신호(v_ref)를 비교하여 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 추정된 회전자의 속도가 기준 속도보다 빠른 경우, 속도 추정 및 제어부(430b)는 회전자의 속도를 감소시키도록 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다. 추정된 회전자의 속도가 기준 속도보다 느린 경우, 속도 추정 및 제어부(430b)는 회전자의 속도를 증가시키도록 속도 제어 신호(v_con)를 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 최소 소비 전력 추정부(450b)는 리드 앵글(LA)을 위치 추정부(410b)에 전송할 수 있다. 위치 추정부(410b)는 수신된 리드 앵글(LA)에 따라 추정된 회전자 위치 정보(angle)를 변경할 수 있다. 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)은 변경된 회전자 위치 정보(angle)에 따라 생성될 수 있다. 펄스 폭 변조 신호들(U_pwm, V_pwm, W_pwm)이 변경되면, 회전자의 위치는 변경될 수 있다. 결국, 회전자의 위치는 리드 앵글(LA)에 따라 변경될 수 있다. 전동기의 소비 전력은 동일한 구동 조건에서 회전자의 위치에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 최소 소비 전력 추정부(450b)는 리드 앵글(LA)을 변경하여 전동기의 소비 전력을 제어할 수 있다. 하지만, 이때 전동기의 회전자의 속도는 변하지 않을 수 있다. 도 3에서 설명된 것과 같이 리드 앵글(LA)은 회전자 위치 정보(angle)의 기울기를 변경하지 않기 때문이다. 결국, 전동기는 동일한 구동 조건에서 최초 공급된 전류보다 낮은 링크 전류(ilink)에 의해 구동될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 전류 센서
200 : 저주파 통과 필터
300, 450 : 최소 소비 전력 추정부
400 : 펄스 폭 변조 신호 발생기
410 : 위치 추정부
420 : 정현파 생성부
430 : 속도 추정 및 제어부
440 : 펄스 폭 변조부
500 : 게이트 드라이버
600 : 전동기

Claims (15)

  1. 홀 센서가 장착된 전동기에 구동 신호를 전송하는 전동기 구동 회로에 있어서:
    펄스 폭 변조 신호에 상응하는 상기 구동 신호를 생성하는 게이트 드라이버;
    상기 홀 센서로부터 수신된 홀 센서 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조 신호 발생기;
    상기 게이트 드라이버에 공급되는 링크 전류를 측정하는 전류 센서;
    상기 측정된 링크 전류의 고주파 성분을 제거하여 필터 전류를 생성하는 저주파 통과 필터; 그리고
    상기 필터 전류와 스타트 신호에 따라 리드 앵글을 생성하는 최소 소비 전력 추정부를 포함하되,
    상기 필터 전류는 상기 리드 앵글의 증감에 응답하여 점진적으로 조절되고,
    상기 펄스 폭 변조 신호는 상기 리드 앵글에 따라 변경되고,
    상기 최소 소비 전력 추정부는 서로 다른 지점들에서 공급된 링크 전류들에 대응하는 적어도 두 개의 필터 전류를 비교하여 상기 리드 앵글을 생성하는 전동기 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 신호 발생기는,
    상기 홀 센서 신호에 따라 회전자 위치 정보를 생성하는 위치 추정부;
    상기 회전자 위치 정보에 따라 정현파 신호를 생성하는 정현파 생성부; 그리고
    상기 정현파 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 펄스 폭 변조부를 포함하는 전동기 구동 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펄스 폭 변조 신호 발생기는,
    상기 회전자 위치 정보에 따라 회전자의 속도를 추정하고, 기준 속도 신호를 수신하여 상기 추정된 회전자의 속도와 상기 기준 속도 신호를 비교하고, 비교 결과에 따라 속도 제어 신호를 생성하는 속도 추정 및 제어부를 포함하고,
    상기 펄스 폭 변조부는 상기 속도 제어 신호에 따라 상기 펄스 폭 변조 신호를 변경하는 전동기 구동 회로.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 위치 추정부는 상기 리드 앵글에 따라 상기 회전자 위치 정보를 변경하는 전동기 구동 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스타트 신호가 논리 0인 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 미리 저장된 리드 앵글을 출력하는 전동기 구동 회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스타트 신호가 논리 1인 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 미리 설정된 리드 앵글 변화량에 따라 변경하는 전동기 구동 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 리드 앵글의 증가에 따라 상기 필터 전류가 감소하는 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 상기 리드 앵글 변화량만큼 증가시켜 출력하는 전동기 구동 회로.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 리드 앵글의 증가에 따라 상기 필터 전류가 증가하는 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 리드 앵글을 상기 리드 앵글 변화량만큼 감소시켜 출력하는 전동기 구동 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 최소 소비 전력 추정부는 제 1 리드 앵글에 대응하는 제 1 필터 전류의 값을 저장하고, 상기 제 1 리드 앵글을 변경한 제 2 리드 앵글에 대응하는 제 2 필터 전류를 수신하여 상기 제 1 필터 전류의 값과 상기 제 2 필터 전류의 값의 차이에 따라 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 전동기 구동 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류의 값보다 작은 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 제 2 리드 앵글을 출력하는 전동기 구동 회로.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류의 값보다 크거나 같은 경우, 상기 최소 소비 전력 추정부는 상기 제 1 리드 앵글을 출력하는 전동기 구동 회로.
  12. 게이트 드라이버에 공급되는 링크 전류를 측정하는 단계;
    상기 링크 전류의 고주파 성분을 제거하고 상기 고주파 성분이 제거된 상기 링크 전류를 필터 전류로 변환하는 단계;
    상기 필터 전류와 스타트 신호에 따라 최소 소비 전력 추정 과정을 통해 리드 앵글을 생성하는 단계;
    상기 리드 앵글에 따라 펄스 폭 변조 신호를 생성하는 단계; 그리고
    상기 게이트 드라이버에 의해 상기 펄스 폭 변조 신호에 따라 전동기 구동 신호를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 필터 전류는 상기 리드 앵글의 증감에 응답하여 점진적으로 조절되고,
    상기 리드 앵글은 서로 다른 지점들에서 공급된 링크 전류들에 대응하는 적어도 두 개의 필터 전류를 비교하여 생성되는 전동기 구동 회로의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 최소 소비 전력 추정 과정을 통해 리드 앵글을 생성하는 단계는,
    제 1 리드 앵글에 대응하는 제 1 필터 전류를 수신하는 단계;
    상기 제 1 리드 앵글을 변경한 제 2 리드 앵글에 대응하는 제 2 필터 전류를 수신하는 단계;
    상기 제 1 필터 전류의 값과 상기 제 2 필터 전류의 값의 차이에 따라 상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계를 포함하는 전동기 구동 회로의 동작 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계에서, 상기 제 2 리드 앵글은 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류값보다 작은 경우에 출력되는 전동기 구동 회로의 동작 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 리드 앵글 또는 상기 제 2 리드 앵글 중 어느 하나를 출력하는 단계에서, 상기 제 1 리드 앵글은 상기 제 2 필터 전류의 값에서 상기 제 1 필터 전류의 값을 뺀 값이 미리 설정된 기준 전류값보다 크거나 같은 경우에 출력되는 전동기 구동 회로의 동작 방법.
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