KR102270421B1 - Apparatus and method for amending current sensing of brushless dc motor - Google Patents

Apparatus and method for amending current sensing of brushless dc motor Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위칭 전환 시점을 기준으로 리플 전류의 발생 여부를 검출함으로써, 실제 리플 전류가 발생한 구간에 대해서 전류 센싱을 안정적으로 보정할 수 있는 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치는 PWM 신호에 따라 제어되는 스위칭부를 통해 3상의 상전압을 공급받는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치에 있어서, 상기 브러쉬리스 직류 모터에 공급되는 상기 상전압으로부터 상전압 신호를 검출하는 상전압 검출부; 상기 브러쉬리스 직류 모터에 설치된 홀 센서로부터 수신되는 센싱 데이터와 상기 상전압 검출부에서 검출된 상기 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출하는 프리휠링 구간 검출부; 상기 PWM 신호에 동기화된 상기 스위칭부의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱하는 전류 센싱부; 및 상기 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 상기 전류값을 보정하는 센싱 보정부를 포함할 수 있다.
The present invention relates to a current sensing correction apparatus and method of a BLDC motor capable of stably correcting current sensing for a section in which an actual ripple current occurs by detecting whether a ripple current is generated based on a switching switching time.
The current sensing compensating device for a brushless DC motor according to an embodiment of the present invention is a current sensing compensating device for a brushless DC motor that receives three-phase voltage through a switching unit controlled according to a PWM signal, the brushless DC motor a phase voltage detection unit detecting a phase voltage signal from the phase voltage supplied to the motor; a freewheeling section detector configured to detect a freewheeling section using sensing data received from a Hall sensor installed in the brushless DC motor and the phase voltage signal detected by the phase voltage detecting section; a current sensing unit for sensing a current value of the switching unit synchronized with the PWM signal at predetermined time intervals; and a sensing correction unit configured to correct the sensed current value according to the freewheeling period.

Description

브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AMENDING CURRENT SENSING OF BRUSHLESS DC MOTOR}Current sensing compensation device and method of brushless DC motor {APPARATUS AND METHOD FOR AMENDING CURRENT SENSING OF BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 전류 센싱 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱을 보정하기 위한 전류 센싱 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a current sensing correction apparatus and method, and more particularly, to a current sensing correction apparatus and method for correcting current sensing of a brushless DC motor.

일반적으로, 3상 BLDC(Brushless DC, 브러쉬리스 직류) 모터는 일반 3상 DC 모터에서 정류자(Commutator)의 역할을 수행하는 브러시를 제거하면서도 3상 DC 모터의 특성을 그대로 유지할 수 있도록 개발된 것으로서, 영구자석으로 이루어진 로터와 3개의 코일 즉, U상, V상 및 W상 코일이 권선되어 있는 스테이터를 구비한다.In general, a 3-phase BLDC (Brushless DC, Brushless DC) motor was developed to maintain the characteristics of a 3-phase DC motor while removing the brushes that act as a commutator in a general 3-phase DC motor. A rotor made of permanent magnets and a stator in which three coils, that is, U-phase, V-phase and W-phase coils are wound.

이러한 3상 BLDC 모터는 스테이터에 권선되어 있는 U상, V상 및 W상 코일에 3상 전류를 공급하고, 그 공급한 3상 전류에 따라 U상, V상 및 W상 코일이 각기 자계를 발생하여 영구자석으로 이루어진 로터를 회전시킨다.This 3-phase BLDC motor supplies 3-phase current to the U-phase, V-phase, and W-phase coils wound on the stator, and the U-phase, V-phase, and W-phase coils generate magnetic fields according to the supplied 3-phase current. to rotate the rotor made of permanent magnets.

이때, BLDC 모터의 로터 회전속도를 정확히 제어하기 위해서는 로터의 위치를 정확히 파악해야 한다. 이에 따라, BLDC 모터는 3개의 홀 센서를 구비하여 로터의 위치를 검출하고, 6개의 제어구간을 갖는 스위치들을 제어하여 구동된다.At this time, in order to accurately control the rotor rotation speed of the BLDC motor, the position of the rotor must be accurately grasped. Accordingly, the BLDC motor is driven by detecting the position of the rotor with three Hall sensors and controlling switches having six control sections.

이와 같은 BLDC 모터는 일반적으로 응답성이 빠르지 않은 시스템에 적용되어 왔으며, 이에 따라 속도 제어기를 이용하여 속도에 따른 전압의 크기만을 제어하였다.Such BLDC motors have been generally applied to systems that do not respond quickly, and accordingly, only the magnitude of the voltage according to the speed is controlled using a speed controller.

하지만, 빠른 응답성이 요구되는 시스템에 적용되는 경우에는 속도 제어기뿐만 아니라, 전류 제어기를 함께 구성하여 BLDC 모터를 제어하게 된다. 전류 제어기는 스위치 제어를 통해 발생하는 U상, V상 및 W상의 전류를 일정 간격으로 센싱하여 PI 제어하는 방식으로 구동된다.However, when applied to a system requiring fast response, the BLDC motor is controlled by configuring not only the speed controller but also the current controller. The current controller is driven by PI control by sensing the U-phase, V-phase, and W-phase currents generated through switch control at regular intervals.

그런데 BLDC 모터의 상전류 및 직류전류 성분은 스위치들의 온/오프 특성에 기인하여 큰 리플 전류를 가지게 된다. 리플 전류는 전류 제어기의 PI 제어에 있어서, 과도 상태를 야기함으로써 전류 제어 자체가 불안정해지도록 하는 요인이 된다.However, the phase current and DC current components of the BLDC motor have a large ripple current due to the on/off characteristics of the switches. The ripple current causes a transient state in the PI control of the current controller, thereby causing the current control itself to become unstable.

이러한 리플 전류를 저감하기 위하여 스위치들의 상 변화 시점, 즉 스위치들의 온/오프가 변화되는 스위칭 전환 시점에 전류를 센싱하지 않는 구간을 마련하여 전류 센싱을 보정하는 방안이 적용된 바 있다. 상세히 하면, 스위칭 전환 시점을 기준으로 소정의 시간 동안 임의적으로 데드(Dead) 구간을 설정하고, 설정된 데드 구간에서는 전류를 센싱하지 않는 대신, 임의의 값을 센싱값으로 부여한다.In order to reduce such a ripple current, a method of correcting current sensing by providing a period in which no current is sensed is applied at the time of phase change of switches, that is, at the time of switching switching when on/off of the switches is changed. In detail, a dead period is arbitrarily set for a predetermined time based on the switching switching time, and an arbitrary value is assigned as a sensed value instead of not sensing a current in the set dead period.

하지만, 이와 같은 방안은 실질적으로 리플 전류가 발생하는지 여부와 관계없이, 스위칭 전환 시점을 기준으로 데드 구간을 무조건 설정하고, 임의의 값을 부여하는 방식이기 때문에, 전류 센싱에 대한 보정이 안정적이지 않다. 예를 들어, 리플 전류가 발생하지 않았음에도 불구하고 비정상적인 센싱값이 부여될 수 있고, 설정된 데드 구간 외에서 리플 전류가 발생하는 경우에는 리플 전류에 대한 보정 자체가 불가능하다.However, since this method unconditionally sets the dead section based on the switching transition time and assigns an arbitrary value regardless of whether a ripple current actually occurs, the correction for current sensing is not stable. . For example, an abnormal sensing value may be given even though the ripple current does not occur, and if the ripple current occurs outside the set dead section, it is impossible to correct the ripple current itself.

따라서, 스위칭 전환 시점을 기준으로 실제 리플 전류가 발생한 구간에서 전류 센싱을 보정할 수 있는 방안이 필요하다.
Therefore, there is a need for a method for correcting current sensing in a section in which an actual ripple current occurs based on the switching transition time.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스위칭 전환 시점을 기준으로 리플 전류의 발생 여부를 검출함으로써, 실제 리플 전류가 발생한 구간에 대해서 전류 센싱을 안정적으로 보정할 수 있는 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a current sensing correction apparatus and method for a BLDC motor capable of stably correcting current sensing for a section in which an actual ripple current occurs by detecting whether a ripple current is generated based on a switching transition time. is to provide

본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치는 PWM 신호에 따라 제어되는 스위칭부를 통해 3상의 상전압을 공급받는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치에 있어서, 상기 브러쉬리스 직류 모터에 공급되는 상기 상전압으로부터 상전압 신호를 검출하는 상전압 검출부; 상기 브러쉬리스 직류 모터에 설치된 홀 센서로부터 수신되는 센싱 데이터와 상기 상전압 검출부에서 검출된 상기 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출하는 프리휠링 구간 검출부; 상기 PWM 신호에 동기화된 상기 스위칭부의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱하는 전류 센싱부; 및 상기 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 상기 전류값을 보정하는 센싱 보정부를 포함할 수 있다.The current sensing compensating device for a brushless DC motor according to an embodiment of the present invention is a current sensing compensating device for a brushless DC motor that receives a three-phase voltage through a switching unit controlled according to a PWM signal, the brushless DC motor a phase voltage detection unit detecting a phase voltage signal from the phase voltage supplied to the motor; a freewheeling section detector configured to detect a freewheeling section using sensing data received from a Hall sensor installed in the brushless DC motor and the phase voltage signal detected by the phase voltage detecting section; a current sensing unit for sensing a current value of the switching unit synchronized with the PWM signal at predetermined time intervals; and a sensing correction unit configured to correct the sensed current value according to the freewheeling period.

상기 프리휠링 구간 검출부는 스위칭 전환 구간에서 상기 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 상기 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 상기 역기전압이 검출된 지점까지를 상기 프리휠링 구간으로 검출할 수 있다.When a counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in a switching transition period, the freewheeling period detector may detect a point from a start point of the switching change period to a point at which the counter electromotive voltage is detected as the freewheeling period.

상기 센싱 보정부는 검출된 상기 프리휠링 구간 내에서 센싱된 상기 전류값을 상기 프리휠링 구간 이전 시점에 센싱된 전류값으로 대체할 수 있다.The sensing compensator may replace the current value sensed within the detected freewheeling section with a current value sensed at a time before the freewheeling section.

상기 상전압 검출부는 3상의 상기 상전압을 각각 기준 전압과 비교하여 상기 상전압 신호를 출력하는 비교기를 포함할 수 있다.The phase voltage detection unit may include a comparator that compares the phase voltages of three phases with a reference voltage and outputs the phase voltage signal.

상기 기준 전압은 가상 중성 전압일 수 있다.The reference voltage may be a virtual neutral voltage.

상기 가상 중성 전압은 상기 상전압 최대 설정값의 중간값일 수 있다.The virtual neutral voltage may be an intermediate value of the maximum set value of the phase voltage.

본 발명의 일 실시 예에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 방법은 PWM 신호에 따라 제어되는 스위칭부를 통해 3상의 상전압을 공급받는 브러쉬스 직류 모터의 전류 센싱 보정 방법에 있어서, 상기 PWM 신호에 동기화된 상기 스위칭부의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱하는 단계; 상기 브러쉬리스 직류 모터에 설치된 홀 센서로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계; 상기 브러쉬리스 직류 모터에 공급되는 상기 상전압으로부터 상전압 신호를 검출하는 단계; 상기 홀 센서로부터의 상기 센싱 데이터와 상기 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출하는 단계; 및 상기 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 상기 전류값을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.The current sensing method of a brushless DC motor according to an embodiment of the present invention is a current sensing correction method of a brushless DC motor that receives a three-phase voltage through a switching unit controlled according to a PWM signal, and is synchronized with the PWM signal sensing the current value of the switching unit at predetermined time intervals; receiving sensing data from a Hall sensor installed in the brushless DC motor; detecting a phase voltage signal from the phase voltage supplied to the brushless DC motor; detecting a freewheeling section using the sensed data from the Hall sensor and the phase voltage signal; and correcting the sensed current value according to the freewheeling period.

상기 전류를 보정하는 단계는 상기 프리휠링 구간 내에서 센싱된 상기 전류의 센싱값을 상기 프리휠링 구간 이전 시점에 센싱된 전류값으로 대체하는 단계를 포함할 수 있다.The step of correcting the current may include replacing the sensed value of the current sensed within the freewheeling section with a current value sensed at a time before the freewheeling section.

상기 프리휠링 구간을 검출하는 단계는 스위칭 전환 구간에서 상기 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 상기 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 상기 역기전압이 검출된 지점까지를 상기 프리휠링 구간으로 검출하는 단계를 포함할 수 있다.The detecting of the freewheeling section includes: when a counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in a switching transition section, detecting a point from the start point of the switching transition section to a point at which the back electromotive voltage is detected as the freewheeling section; may include

상기 상전압 신호를 검출하는 단계는 3상의 상기 상전압을 각각 기준 전압과 비교하여 상기 상전압 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
The detecting of the phase voltage signal may include outputting the phase voltage signal by comparing the phase voltages of the three phases with a reference voltage, respectively.

본 발명에 따르면, 실제 리플 전류가 발생하는 프리휠링 구간을 정확하게 검출하여, 해당 구간에서의 센싱 전류값을 프리휠링 구간 이전 시점의 센싱 전류값으로 대체하여 보정한다.According to the present invention, the freewheeling section in which the actual ripple current occurs is accurately detected, and the sensed current value in the corresponding section is replaced with the sensed current value at the point before the freewheeling section and corrected.

이에 따라, 리플 전류가 발생하더라도 전류 센싱의 신뢰도가 향상되어 브러쉬리스 직류 모터에 대한 안정적인 전류 제어가 가능하다.
Accordingly, even when a ripple current occurs, the reliability of current sensing is improved, thereby enabling stable current control for the brushless DC motor.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 장치를 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 센싱 보정 장치의 상전압 검출부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 센싱 보정 방법을 설명하기 위한 신호 파형도이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 전류 센싱 보정 효과를 나타내는 시뮬레이션 파형도이다.
1 is a block diagram illustrating a current sensing correction apparatus of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a phase voltage detection unit of a current sensing correction apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a current sensing correction method of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
4 is a signal waveform diagram for explaining a current sensing correction method according to an embodiment of the present invention.
5A to 5C are simulation waveform diagrams illustrating the effect of correcting current sensing according to the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms including an ordinal number, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it is understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. it should be On the other hand, when it is said that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle.

마찬가지로 층, 막, 영역, 판, 부 등의 구성요소가 다른 구성요소의 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소의 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 구성요소가 없는 것을 뜻한다.Similarly, when an element such as a layer, film, region, plate, or sub-component is “on” another element, it is not only “on” the other element, but also when there is another element in-between. include Conversely, when an element is said to be "on top" of another element, it means that there are no other elements in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정 일 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe a specific embodiment, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or corresponding components are given the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC(Brushless DC, 브러쉬리스 직류) 모터의 전류 센싱 보정 장치를 나타내는 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating a current sensing correction apparatus of a brushless DC (BLDC) motor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 전류 센싱 보정 장치는 스위칭부(100)를 통해 3상의 상전압을 공급받는 BLDC 모터(이하, "모터")(M)의 전류 센싱 보정에 적용될 수 있다. 스위칭부(100)는 3상의 상전압을 출력할 수 있는 스위칭 소자로 구성될 수 있으며, PWM 제어부(110)의 PWM 신호에 따라 스위칭 소자의 온/오프가 제어될 수 있다.The current sensing correction apparatus of the present invention may be applied to current sensing correction of a BLDC motor (hereinafter, "motor") (M) supplied with three-phase voltage through the switching unit 100 . The switching unit 100 may be configured as a switching element capable of outputting three-phase phase voltage, and on/off of the switching element may be controlled according to a PWM signal of the PWM control unit 110 .

모터(M)에는 로터의 위치를 파악하기 위한 홀 센서(Hall sensor)(11, 12, 13)가 설치될 수 있으며, 이때 홀 센서는 각 상별로 마련될 수 있다.Hall sensors 11, 12, and 13 for detecting the position of the rotor may be installed in the motor M, and in this case, the Hall sensors may be provided for each phase.

본 발명에서 모터(M), 스위칭부(100), PWM 제어부(110)의 구성은 도 1에 한정되지 않으며, 본 발명의 전류 센싱 보정 장치는 필요에 따라 다양한 형태의 모터(M), 스위칭부(100), 및 PWM 제어부(110)에 적용될 수 있다.In the present invention, the configuration of the motor M, the switching unit 100, and the PWM control unit 110 is not limited to FIG. 1 , and the current sensing correction device of the present invention includes various types of motors M and switching units as needed. (100), and the PWM control unit 110 may be applied.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 장치는 상전압 검출부(210), 프리휠링 구간 검출부(220), 전류 센싱부(230), 및 센싱 보정부(240)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a current sensing correction apparatus of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention includes a phase voltage detection unit 210 , a freewheeling section detection unit 220 , a current sensing unit 230 , and a sensing correction unit 240 . ) may be included.

상전압 검출부(210)는 스위칭부(100)로부터 출력되어 모터(M)로 공급되는 상전압으로부터 상전압 신호를 검출할 수 있다.The phase voltage detection unit 210 may detect a phase voltage signal from a phase voltage output from the switching unit 100 and supplied to the motor M.

도 2는 상전압 검출부(210)의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of the phase voltage detection unit 210 .

도 2를 참조하면, 상전압 검출부(210)는 3상의 상전압을 각각 기준 전압과 비교하여, 각 상에 대한 상전압 신호를 출력하는 비교기(211, 212, 213)를 포함할 수 있다. 이때, 기준 전압은 가상 중성 전압일 수 있으며, 가상 중성 전압은 상전압 최대 설정값(Vdc)의 중간값(Vdc/2)일 수 있다. 여기서, 상전압 최대 설정값(Vdc)이란 상전압으로 설정되는 양의 전압값을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the phase voltage detector 210 may include comparators 211 , 212 , and 213 that compare the phase voltages of three phases with a reference voltage, respectively, and output a phase voltage signal for each phase. In this case, the reference voltage may be a virtual neutral voltage, and the virtual neutral voltage may be an intermediate value (Vdc/2) of the maximum set value (Vdc) of the phase voltage. Here, the phase voltage maximum set value Vdc may mean a positive voltage value set as the phase voltage.

즉, 본 발명에서는 상전압을 가상 중성 전압과 비교함으로써, 리플 전류의 발생 여부를 보다 명확하고 안정적으로 검출할 수 있다.That is, in the present invention, by comparing the phase voltage with the virtual neutral voltage, it is possible to more clearly and stably detect whether a ripple current is generated.

프리휠링 구간 검출부(220)는 모터(M)의 홀 센서(11, 12, 13)로부터 수신되는 센싱 데이터와 상전압 검출부(210)에서 검출된 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출할 수 있다. 상세히 하면, 프리휠링 구간 검출부(220)는 홀 센서(11, 12, 13)로부터 수신되는 센싱 데이터를 이용하여 스위칭 전환 구간을 파악할 수 있다. 또한, 프리휠링 구간 검출부(220)는 스위칭 전환 구간에서, 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 역기전압이 검출된 지점까지를 프리휠링(Freewheeling) 구간으로 검출할 수 있다. 즉, 프리휠링 구간은 실제 리플 전류가 발생한 구간을 의미할 수 있다.The freewheeling section detecting unit 220 may detect the freewheeling section using sensing data received from the hall sensors 11, 12, and 13 of the motor M and the phase voltage signal detected by the phase voltage detecting unit 210 . have. In detail, the freewheeling section detecting unit 220 may determine the switching switching section using sensing data received from the hall sensors 11 , 12 , and 13 . In addition, the freewheeling section detector 220 may detect, as a freewheeling section, from the start point of the switching transition section to the point at which the back electromotive voltage is detected when a counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in the switching transition section. have. That is, the freewheeling section may mean a section in which an actual ripple current occurs.

전류 센싱부(230)는 스위칭부(100)의 내부에 설치되어, PWM 제어부(110)의 PWM 신호에 동기화된 스위칭부(100)의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱할 수 있다. 센싱 간격은 설정에 따라 결정될 수 있다.The current sensing unit 230 may be installed inside the switching unit 100 to sense the current value of the switching unit 100 synchronized with the PWM signal of the PWM control unit 110 at predetermined time intervals. The sensing interval may be determined according to a setting.

센싱 보정부(240)는 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 전류값을 보정할 수 있다. 구체적으로, 센싱 보정부는 검출된 프리휠링 구간 내에서 센싱된 전류값을 프리휠링 구간의 이전 시점에 센싱된 전류값으로 대체하여 보정할 수 있다.The sensing compensator 240 may correct the sensed current value according to the freewheeling period. Specifically, the sensing compensator may compensate by replacing a current value sensed in the detected freewheeling section with a current value sensed at a previous point in the freewheeling section.

프리휠링 구간에서 센싱된 전류값의 경우, 리플 전류가 반영된 전류값이므로, 모터(M)의 전류 제어에 노이즈 역할을 하게 된다. 따라서, 전류 제어에 실질적으로 이득이 되지 않는 실제 센싱 전류값을 대신하여, 가장 안정적이고 신뢰도 높은 최근의 전류값, 즉 프리휠링 구간 직전에 센싱된 전류값을 적용할 수 있다.In the case of the current value sensed in the freewheeling section, since the current value reflects the ripple current, it acts as a noise in the current control of the motor (M). Accordingly, the most stable and reliable recent current value, that is, the current value sensed immediately before the freewheeling period, may be applied instead of the actual sensed current value that is not substantially beneficial to current control.

프리휠링 구간 외의 구간에서 센싱된 전류값의 경우에는 정상적인 전류값이기 때문에, 별도의 보정이 불필요하다.In the case of a current value sensed in a section other than the freewheeling section, since it is a normal current value, a separate correction is unnecessary.

이와 같이 본 발명에 따라 보정된 전류값 또는 보정이 불필요한 전류값은 전류 제어부(250)로 공급될 수 있다.As described above, the corrected current value or the unnecessary current value according to the present invention may be supplied to the current controller 250 .

전류 제어부(250)는 입력된 전류값에 기반하여 PI 제어를 실시하며, PI 제어된 전류값은 PWM 제어부(110)로 공급되어 PWM 신호의 발생에 적용될 수 있다.The current controller 250 performs PI control based on the input current value, and the PI-controlled current value is supplied to the PWM controller 110 to be applied to the generation of the PWM signal.

종래에는 전류에 대한 PI 제어를 실시함에 있어서, 리플 전류의 간섭을 최소화하기 위하여, 데드 구간을 임의로 설정하는 등의 소프트웨어적인 방법을 적용하였다. 이에 따라, 센싱 보정이 안정적이지 않고, 그 효과 또한 높지 않은 문제점이 있었다.In the prior art, when performing PI control for current, in order to minimize interference of ripple current, a software method such as arbitrarily setting a dead section was applied. Accordingly, there is a problem that the sensing correction is not stable and the effect is not high.

하지만, 본 발명에서는 하드웨어적으로 비교기를 사용하여 프리휠링 구간을 정확하게 검출하고, 검출된 프리휠링 구간에서의 센싱 전류값을 프리휠링 구간 이전 시점의 센싱 전류값으로 대체하여 보정함으로써, 안정적인 전류 제어가 가능하도록 한다.However, in the present invention, the freewheeling section is accurately detected by using a comparator in hardware, and the sensed current value in the detected freewheeling section is replaced with the sensed current value at the point before the freewheeling section and corrected, thereby providing stable current control. make it possible

한편, 도 1에서는 PWM 제어부(110), 상전압 검출부(210), 프리휠링 구간 검출부(220), 센싱 보정부(240), 및 전류 제어부(250)의 구성이 각각 독립적으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시 예에 불과하며, 필요에 따라 적어도 일부 또는 전체가 일체화 구성될 수도 있다.
Meanwhile, in FIG. 1 , the configurations of the PWM control unit 110 , the phase voltage detection unit 210 , the freewheeling section detection unit 220 , the sensing correction unit 240 , and the current control unit 250 are each independently shown, but this This is only an embodiment, and at least a part or the whole may be integrally configured as needed.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 BLDC 모터의 전류 센싱 보정 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전류 센싱 보정 방법을 설명하기 위한 신호 파형도이다.3 is a flowchart illustrating a current sensing correction method of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a signal waveform diagram illustrating a current sensing correction method according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 4를 참조하여, 도 3의 전류 센싱 보정 방법에 대해 설명하도록 한다.A current sensing correction method of FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 1 and 4 .

먼저, 전류 센싱부(230)를 통해 소정 시간 간격으로 스위칭부(100)의 전류값에 대한 센싱이 이루어진다(S1).First, the current value of the switching unit 100 is sensed at predetermined time intervals through the current sensing unit 230 (S1).

상기에서 설명한 바와 같이, 센싱 간격은 설정에 따라 결정될 수 있으며, 도 4의 실시 예에서는, 모터(M)가 360도 1회전 할 때 발생하는 6개의 섹터(Sector) 각각에서 4회의 센싱이 진행될 수 있다. 즉, 모터(M)가 1회전하는 동안 총 24회의 전류 센싱이 이루어질 수 있다.As described above, the sensing interval may be determined according to the setting, and in the embodiment of FIG. 4 , sensing may be performed four times in each of six sectors generated when the motor M rotates 360 degrees once. have. That is, a total of 24 current sensing may be performed while the motor M rotates once.

한편, 홀 센서(11, 12, 13)로부터의 센싱 데이터가 프리휠링 구간 검출부(220)로 입력된다(S2). 도 4의 실시 예에서, 홀 센서(11, 12, 13)의 센싱 데이터는 180도마다 스위칭될 수 있으며, 각 상별 센싱 데이터는 120도 쉬프팅될 수 있다.Meanwhile, the sensed data from the hall sensors 11 , 12 , and 13 is input to the freewheeling section detecting unit 220 ( S2 ). In the embodiment of FIG. 4 , the sensing data of the hall sensors 11 , 12 , and 13 may be switched every 180 degrees, and the sensing data for each phase may be shifted by 120 degrees.

다음으로, 스위칭부(100)에서 모터(M)로 공급되는 상전압으로부터 상전압 신호가 검출된다(S3). 상전압 신호는 비교기를 통해 3상(U, V, W)의 상전압을 각각 기준 전압인 가상 중성 전압(Vdc/2)과 비교하여, 디지털 신호로 출력될 수 있다.Next, a phase voltage signal is detected from the phase voltage supplied from the switching unit 100 to the motor M ( S3 ). The phase voltage signal may be output as a digital signal by comparing the phase voltages of the three phases (U, V, W) with a virtual neutral voltage (Vdc/2) that is a reference voltage, respectively, through a comparator.

한편, 도 3에서는 전류 센싱(S1), 홀 센서 센싱(S2), 및 상전압 신호 검출(S3)이 순차적으로 이루어지는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 이 세 단계의 진행 순서는 어느 단계가 우선되어도 무방할 뿐만 아니라, 동시에 진행될 수도 있다.Meanwhile, in FIG. 3 , the current sensing (S1), the hall sensor sensing (S2), and the phase voltage signal detection (S3) are sequentially illustrated, but this is for convenience of explanation, and the sequence of these three steps is Either step may take precedence, and may be performed simultaneously.

다음으로, 프리휠링 구간이 검출된다(S4). 프리휠링 구간은 홀 센서(11, 12, 13)로부터의 센싱 데이터와, 검출된 상전압 신호를 이용하여 검출될 수 있다. 상세히 하면, 스위칭 전환 구간에서 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 역기전압이 검출된 지점까지를 프리휠링 구간으로 검출할 수 있다.Next, a freewheeling section is detected (S4). The freewheeling section may be detected using sensing data from the Hall sensors 11 , 12 , and 13 and the detected phase voltage signal. In detail, when the counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in the switching transition period, the freewheeling period may be detected from the start point of the switching transition period to the point at which the counter electromotive voltage is detected.

도 4를 참조하면, U상의 경우, 3섹터 및 6섹터가 스위칭 전환 구간에 해당하고, V상의 경우, 2섹터 및 5섹터가 스위칭 전환 구간에 해당하며, W상의 경우, 1섹터 및 4섹터가 스위칭 전환 구간에 해당한다. 그리고, 각 스위칭 전환 구간에서는 순간적으로 전압이 상승하는 상승 에지(Edge) 또는 순간적으로 전압이 하강하는 하강 에지가 나타난다. 이와 같은 상승 에지 또는 하강 에지는 역기전압을 의미한다.Referring to FIG. 4 , in the case of U phase, 3 and 6 sectors correspond to the switching transition period, in the case of V phase, 2 and 5 sectors correspond to the switching transition period, and in the case of W phase, 1 and 4 sectors correspond to the switching transition period. It corresponds to the switching transition period. And, in each switching transition period, a rising edge at which the voltage momentarily rises or a falling edge at which the voltage momentarily falls appears. Such a rising edge or a falling edge means a counter electromotive voltage.

즉, 프리휠링 구간 검출부(220)에서는 이러한 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 역기전압의 검출 지점까지를 프리휠링 구간으로 검출할 수 있다.That is, the freewheeling section detection unit 220 may detect a point from the start point of the switching transition section to the detection point of the counter electromotive voltage as the freewheeling section.

이에 따라 도 4의 실시 예에서, 프리휠링 구간은 각 섹터별로 1개씩 검출되고, 모터(M)가 360도 1회전할 때, 6개의 프리휠링 구간(도 4에서의 빗금 영역)이 검출될 수 있다.Accordingly, in the embodiment of FIG. 4 , one freewheeling section is detected for each sector, and when the motor M rotates 360 degrees once, six freewheeling sections (the hatched area in FIG. 4 ) can be detected. have.

프리휠링 구간으로 검출된 구간에서는(S5-Y) 전류 센싱 보정이 진행되며, 프리휠링 구간이 아닌 경우에는(S5-N) 센싱된 전류값을 전류 제어에 적용할 수 있다.In the section detected as the freewheeling section (S5-Y), current sensing correction is performed, and in the non-freewheeling section (S5-N), the sensed current value can be applied to the current control.

전류 센싱 보정은, 프리휠링 구간 내의 전류값을 프리휠링 구간 이전 시점, 상세하게는 프리휠링 구간 직전에 센싱된 전류값으로 적용하여 이루어진다. 즉, 리플 전류로 인해 전류값이 불안정한 프리휠링 구간에서는 정상적인 값이며, 가장 가까운 시점의 값인 프리휠링 구간 직전의 센싱 전류값을 적용하는 것이다.The current sensing correction is performed by applying a current value in the freewheeling section to a current value sensed before the freewheeling section, specifically, just before the freewheeling section. That is, in the freewheeling section in which the current value is unstable due to the ripple current, it is a normal value and the sensing current value immediately before the freewheeling section, which is the value at the closest point in time, is applied.

이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이 실질적인 PWM 동기화 전류 센싱값의 경우, 프리휠링 구간에서 일시적인 전류 하강 현상이 나타나나, 프리휠링 구간에 대한 전류 센싱값 보정을 통해 최종 센싱 파형은 고르게 나타남을 알 수 있다.
Accordingly, as shown in FIG. 4, in the case of the actual PWM synchronized current sensed value, a temporary current drop phenomenon appears in the freewheeling section, but it can be seen that the final sensed waveform appears evenly through the correction of the current sensed value for the freewheeling section. can

도 5a 내지 5c는 본 발명에 따른 전류 센싱 보정 효과를 나타내는 시뮬레이션 파형도이다.5A to 5C are simulation waveform diagrams illustrating the effect of correcting current sensing according to the present invention.

도 5a는 U상의 상전류 파형, 도 5b는 DC 전류 파형, 도 5c는 토크 파형을 각각 나타내는 것으로, 파란색이 전류 센싱 보정 적용 전, 빨간색이 전류 센싱 보정 적용 후를 각각 나타낸다.5A is a U-phase phase current waveform, FIG. 5B is a DC current waveform, and FIG. 5C is a torque waveform, respectively, in which blue is before current sensing correction is applied, and red is after current sensing correction is applied.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 전류 센싱 보정을 적용하기 전에는 리플 전류에 따라 파형이 불안정한 형태를 보이나, 전류 센싱 보정 적용 후에는 안정적인 파형이 나타남을 알 수 있다.
5A to 5C, before applying the current sensing correction according to the present invention, the waveform shows an unstable shape depending on the ripple current, but it can be seen that a stable waveform appears after the current sensing correction is applied.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand that it can be done.

M : BLDC 모터 11, 12, 13 : 홀 센서
100 : 스위칭부 110 : PWM 제어부
210 : 상전압 검출부 220 : 프리휠링 구간 검출부
230 : 전류 센싱부 240 : 센싱 보정부
250 : 전류 제어부
M: BLDC motor 11, 12, 13: Hall sensor
100: switching unit 110: PWM control unit
210: phase voltage detection unit 220: freewheeling section detection unit
230: current sensing unit 240: sensing correction unit
250: current controller

Claims (12)

PWM 신호에 따라 제어되는 스위칭부를 통해 3상의 상전압을 공급받는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치에 있어서,
상기 브러쉬리스 직류 모터에 공급되는 상기 상전압으로부터 상전압 신호를 검출하는 상전압 검출부;
상기 브러쉬리스 직류 모터에 설치된 홀 센서로부터 수신되는 센싱 데이터와 상기 상전압 검출부에서 검출된 상기 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출하는 프리휠링 구간 검출부;
상기 PWM 신호에 동기화된 상기 스위칭부의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱하는 전류 센싱부; 및
상기 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 상기 전류값을 보정하는 센싱 보정부를 포함하고,
상기 프리휠링 구간 검출부는 스위칭 전환 구간에서 상기 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 상기 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 상기 역기전압이 검출된 지점까지를 상기 프리휠링 구간으로 검출하는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치.
In the current sensing and correcting device of a brushless DC motor that is supplied with three-phase voltage through a switching unit controlled according to a PWM signal,
a phase voltage detection unit detecting a phase voltage signal from the phase voltage supplied to the brushless DC motor;
a freewheeling section detector configured to detect a freewheeling section using sensing data received from a Hall sensor installed in the brushless DC motor and the phase voltage signal detected by the phase voltage detecting section;
a current sensing unit for sensing a current value of the switching unit synchronized with the PWM signal at predetermined time intervals; and
a sensing correction unit for correcting the sensed current value according to the freewheeling section;
When a counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in a switching transition period, the freewheeling section detection unit detects a point from the start point of the switching transition section to a point at which the counter electromotive voltage is detected as the freewheeling section of the brushless DC motor. Current sensing compensator.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 센싱 보정부는 검출된 상기 프리휠링 구간 내에서 센싱된 상기 전류값을 상기 프리휠링 구간 이전 시점에 센싱된 전류값으로 대체하는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치.
According to claim 1,
The sensing compensator replaces the current value sensed within the detected freewheeling section with a current value sensed before the freewheeling section.
제1항에 있어서,
상기 상전압 검출부는 3상의 상기 상전압을 각각 기준 전압과 비교하여 상기 상전압 신호를 출력하는 비교기를 포함하는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치.
According to claim 1,
and a comparator for outputting the phase voltage signal by comparing the phase voltages of the three phases with a reference voltage, respectively, in the phase voltage detection unit.
제4항에 있어서,
상기 기준 전압은 가상 중성 전압인 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치.
5. The method of claim 4,
The reference voltage is a virtual neutral voltage current sensing correction device of a brushless DC motor.
제5항에 있어서,
상기 가상 중성 전압은 상기 상전압 최대 설정값의 중간값인 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 장치.
6. The method of claim 5,
The virtual neutral voltage is a current sensing correction device of a brushless DC motor that is an intermediate value of the maximum set value of the phase voltage.
PWM 신호에 따라 제어되는 스위칭부를 통해 3상의 상전압을 공급받는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 방법에 있어서,
상기 PWM 신호에 동기화된 상기 스위칭부의 전류값을 소정 시간 간격으로 센싱하는 단계;
상기 브러쉬리스 직류 모터에 설치된 홀 센서로부터 센싱 데이터를 수신하는 단계;
상기 브러쉬리스 직류 모터에 공급되는 상기 상전압으로부터 상전압 신호를 검출하는 단계;
상기 홀 센서로부터의 상기 센싱 데이터와 상기 상전압 신호를 이용하여 프리휠링 구간을 검출하는 단계; 및
상기 프리휠링 구간에 따라, 센싱된 상기 전류값을 보정하는 단계를 포함하고,
상기 프리휠링 구간을 검출하는 단계는 스위칭 전환 구간에서 상기 상전압 신호에 역기전압이 검출되면, 상기 스위칭 전환 구간의 시작 지점부터 상기 역기전압이 검출된 지점까지를 상기 프리휠링 구간으로 검출하는 브러쉬리스 직류 모터의 전류 센싱 보정 방법.
In the current sensing correction method of a brushless DC motor supplied with three-phase voltage through a switching unit controlled according to a PWM signal,
sensing the current value of the switching unit synchronized with the PWM signal at predetermined time intervals;
receiving sensing data from a Hall sensor installed in the brushless DC motor;
detecting a phase voltage signal from the phase voltage supplied to the brushless DC motor;
detecting a freewheeling section using the sensed data from the Hall sensor and the phase voltage signal; and
Comprising the step of correcting the sensed current value according to the freewheeling section,
In the detecting of the freewheeling section, when a counter electromotive voltage is detected in the phase voltage signal in a switching transition section, the freewheeling section is a brushless detecting period from the start point of the switching transition section to the point at which the counter electromotive voltage is detected. How to calibrate the current sensing of a DC motor.
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