KR102311975B1 - 파라미터 검출회로를 포함한 비엘디시 전동기 시스템 및 비엘디시 전동기 시스템의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 BLDC 전동기 시스템은 제어 신호에 따라 제 1 동작모드 또는 제 2 동작모드로 PWM(Pulse-Width-Modulation)인버터를 제어하고, 각 모드에 따른 스위칭 신호들를 출력하는 전동기 구동회로; 상기 스위칭 신호들을 수신하여, 제 1 동작모드에서 제 1 주파수를 갖는 삼상 전압들을 출력하고, 제 2 동작모드에서 제 2 주파수를 갖는 삼상 전압들을 출력하는 PWM 인버터; 상기 제 1 주파수와는 다른 대역의 주파수를 갖는 삼상 전압들을 기반으로 동작하여 제 1 동작모드에서는 동작하지 않고, 상기 제 2 주파수와는 같은 대역의 주파수를 갖는 삼상 전압들을 기반으로 동작하여 제 2 동작모드에서는 동작하는 센서리스(sensorless) BLDC(BrushLess Direct Current Motor) 전동기; 및 상기 PWM 인버터 내부에서 센싱된 센싱전압들을 이용해 상기 BLDC전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들을 연산하는 파라미터 검출회로를 포함한다.

Description

파라미터 검출회로를 포함한 비엘디시 전동기 시스템 및 비엘디시 전동기 시스템의 동작 방법{BLDC MOTOR SYSTEM INCLUDING PARAMETER DETECTION CIRCUIT AND OPERATING METHOD FOR BLDC MOTOR SYSTEM}

본 발명은 전동기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 파라미터 검출회로를 포함한 비엘디시 전동기 시스템 및 비엘디시 전동기 시스템의 동작 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. 그러나, BLDC 전동기를 제어하기 위하여 회전자의 위치를 검출하는 별도의 장치가 요구된다.

본 발명의 목적은 향상된 정확도 및 신뢰성을 갖는 파라미터 검출회로를 포함한 BLDC 전동기 시스템 및 비엘디시 전동기 시스템의 동작 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템은, 제어 신호에 따라 제 1 동작모드 또는 제 2 동작모드로 PWM(Pulse-Width-Modulation)인버터를 제어하고, 각 모드에 따른 스위칭 신호들를 출력하는 전동기 구동회로; 상기 스위칭 신호들을 수신하여, 상기 제 1 동작모드에서 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들을 출력하고, 상기 제 2 동작모드에서 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들을 출력하는 PWM 인버터; 상기 제 1 동작모드에서 상기 제 1 삼상 전압들을 수신하고, 상기 제 2 동작모드에서 상기 제 2 삼상 전압들을 수신하도록 구성되는 센서리스(sensorless) BLDC(BrushLess Direct Current Motor) 전동기; 및 상기 PWM 인버터 내부에서 센싱된 센싱전압들을 이용해 상기 제 1 동작모드에서 상기 BLDC전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들을 연산하는 파라미터 검출회로를 포함한다.

실시 예로서, 상기 PWM 인버터의 내부는 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 4 전력소자들; 상기 제 1 및 제 4 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 및 제 5 전력소자들; 상기 제 2 및 제 5 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 6 전력소자들; 상기 제 2 전력소자의 타단과 상기 제 5 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 5 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 1 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 1 센싱소자; 및 상기 제 3 전력소자의 타단과 상기 제 6 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 6 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 2 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 2 센싱소자; 상기 제 1 전력소자의 타단과 상기 제 4 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 4 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 3 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 3 센싱소자; 상기 제 1 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 1 센싱저항; 상기 제 2 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 센싱저항; 및 상기 제 3 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 센싱저항을 포함하도록 구성된다.

실시 예로서, 상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 3 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들로 구성된다.

실시 예로서, 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 4 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 4 센싱소자; 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 2 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 5 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 5 센싱소자; 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 3 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 6 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 6 센싱소자; 상기 제 4 센싱소자의 타단과 상기 제 1 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 4 센싱저항; 상기 제 5 센싱소자의 타단과 상기 제 2 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 5 센싱저항; 및 상기 제 6 센싱소자의 타단과 상기 제 3 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 6 센싱저항을 더 포함하도록 구성된다.

실시 예로서, 상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 6 센싱소자들은 단방향 트랜지스터들로 구성된다.

실시 예로서, 상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 6 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들로 구성된다.

실시 예로서, 상기 파라미터 검출회로는 상기 센싱전압들을 이용해 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 전류들에 관한 정보들을 출력하는 전류 검출부; 및 상기 전류 검출부에서 출력되는 상기 삼상 전류들에 관한 정보들과 전동기 구동회로에서 출력되는 상기 삼상에 인가되도록 미리 설정된 삼상 전압들에 관한 정보들을 이용해 상기 BLDC 전동기 내부의 상기 삼상 파라미터 정보들을 연산하는 연산부를 포함하도록 구성된다.

실시 예로서, 상기 전동기 구동회로는 상기 파라미터 검출회로로부터 출력된 상기 삼상 파라미터 정보들을 이용해 삼상 역기전력을 연산하여 상기 BLDC 전동기에 포함된 회전자의 위치 정보를 연산하도록 구성된다.

실시 예로서, 상기 제 1 주파수는 상기 제 2 주파수보다 높게 구성된다.

실시 예로서, 상기 PWM 인버터의 내부는 직류 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 4 전력소자들; 상기 제 1 및 제 4 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 및 제 5 전력소자들; 상기 제 2 및 제 5 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 6 전력소자들; 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 1 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 1 센싱소자; 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 2 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 2 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 2 센싱소자; 상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 3 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 3 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 3 센싱소자; 상기 제 1 센싱소자의 타단과 상기 제 1 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 1 센싱저항; 상기 제 2 센싱소자의 타단과 상기 제 2 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 2 센싱저항; 및 상기 제 3 센싱소자의 타단과 상기 제 3 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 3 센싱저항을 포함하도록 구성된다.

실시 예로서, 상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 3 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들로 구성된다.

실시 예로서, BLDC 전동기 및 상기 BLDC 전동기를 제어하는 PWM 인버터를 포함하도록 구성된다.

본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 내부의 파라미터를 검출하는 BLDC 전동기 시스템 동작 방법은, 상기 BLDC 전동기 시스템이, 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들을 BLDC 전동기에 공급하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제1 삼상 전압들에 따라 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 삼상 전류들에 대한 제 1 정보들을 획득하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제 1 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기의 각 상의 전류들의 위상 및 크기에 대한 제 2 정보들을 연산하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 연산된 상기 제 2 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 파라미터 정보들을 연산하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들을 BLDC 전동기에 공급하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제 2 삼상 전압들에 따라 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 삼상 전류들에 대한 제 3 정보들을 연산하는 단계; 상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제 3 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기의 각 상의 전류들의 위상 및 크기에 대한 제 4 정보들을 연산하는 단계; 및 상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 파라미터 정보들 및 상기 제 2 또는 상기 제 4 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기의 회전자의 위치를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 향상된 정확도 및 신뢰성을 갖는 파라미터 검출회로를 포함한 BLDC 전동기 시스템 및 비엘디시 전동기 시스템의 동작 방법이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 인버터의 내부 구조에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 검출부에 관한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연산부에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템의 동작 방법의 순서도를 보여준다.

이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 구체적인 실시 예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

센서리스(Sensorless) BLDC(BrushLess Direct Current) 전동기를 제어하기 위해서는 BLDC 전동기 내부의 회전자의 위치가 감지되어야 한다. 그리고 회전자의 위치는 BLDC 전동기 내부의 삼상 파라미터에 대한 정보를 기반으로 역기전력(Back EMF; Back Electromotive Force)의 연산을 수행하여 얻어질 수 있다. 본 발명에 따른 BLDC 전동기 시스템은 PWM(Pulse-Width-Modulation) 인버터 내부로부터 센싱된 전류를 이용해 BLDC 전동기 내부의 파라미터를 연산한 뒤, 연산된 파라미터를 기반으로 회전자의 위치정보를 획득할 수 있다. 간결한 설명을 위하여, 본 발명에 따른 BLDC 전동기 시스템은 회전자의 위치 검출을 수행하는 것으로 설명된다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 검출된 회전자의 위치를 기반으로 BLDC 전동기의 속도 정보가 획득될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파라미터 검출회로를 포함한 BLDC 전동기 시스템(BrushLess DC Motor System)을 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, BLDC 전동기 시스템(100)은 전동기 구동회로(110), PWM 인버터(120), BLDC 전동기(130), 파라미터 검출회로(140)를 포함한다.

전동기 구동회로(110)는 제어 신호(CTRL) 및 파라미터 정보(PST)를 기반으로 PWM 인버터(120)를 제어할 수 있다. 전동기 구동회로는(110)는 제어신호(CTRL)에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템(100)을 제 1 또는 제 2 동작모드로 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(CTRL)는 BLDC 전동기(130)의 제 1 동작모드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 동작모드에서, 전동기 구동회로(110)는 외부 장치로부터 제어신호(CTRL)를 수신할 수 있다. 제어신호(CTRL)는 BLDC 전동기(160)의 동작모드, 목표 속도, 목표 토크 등의 정보를 기반으로 생성된 신호일 수 있다. 전동기 구동회로(110)는 제어신호(CTRL)에 따라 결정된 BLDC 전동기 내부의 각 상에 인가되는 삼상 전압들(U, V, W)에 관한 위상 정보, 크기 정보, 주파수 정보, 중성점의 전압에 관한 정보를 저장한다.

전동기 구동회로(110)는 제어 신호(CTRL) 및 파라미터 정보(PST)를 기반으로 PWM 인버터(120)에 포함된 복수의 스위치들을 제어할 수 있다. 예를 들어, BLDC 전동기 시스템(100)이 삼상 전압(3-Phase Voltage)을 기반으로 동작할 경우, PWM 인버터(120)는 6개의 전력 스위치들을 포함할 수 있다. 이 경우, 전동기 구동회로(110)는 6개의 전력스위치들을 제어하는 6개의 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)을 출력할 것이다.

예를 들어, 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에 관한 정보를 기반으로 PWM 인버터(120)에서 BLDC 전동기(130)로 인가되는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)의 제 1 주파수가 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수와는 다른 주파수로 설정된 제 1 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 1 동작모드에서 전동기 구동회로(110)는 미리 저장된 BLDC 전동기(130)에 인가되는 U상 전압(U), V상 전압(V), 그리고 W상 전압(W)에 관한 정보들(VST), 예를 들어 위상 정보 및 크기 정보를 연산부(160)에 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 1 동작모드에서, 전동기 구동회로(110)는 BLDC 전동기(130) 내부에 흐르는 U상, V상, 그리고 W상의 전류들에 관한 정보들(IST), 예를 들어 위상 정보 및 크기 정보를 연산부(160)로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에서, 파라미터 검출회로(140)로부터 파라미터 정보들(PST)을 수신하여 저장할 수 있다.

예를 들어, 전동기 구동회로(110)는 제 2 동작모드에서, 제 1 동작모드에서 저장된 파라미터 정보들(PST)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제 2 동작모드에서, 전동기 구동회로(110)는 PWM 인버터(120)에서 BLDC 전동기(130)로 인가되는 제 2 삼상 전압들(U, V, W)의 제 2 주파수가 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수와 같은 주파수로 설정된 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제 2 동작모드에서 전동기 구동회로(110)는 BLDC 전동기(130)에 인가되는 U상, V상, 그리고 W상의 전류에 관한 정보들(IST), 예를 들어 위상 정보 및 크기 정보를 연산부(160)로부터 수신할 수 있다.

PWM 인버터(120)는 전동기 구동회로(110)에서 출력된 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)을 수신하여 삼상 전압들(U, V, W)을 발생시킨다. 예를 들어, 삼상 전압들(U, V, W)의 위상들은 각각 전기각 120도의 차이를 가질 수 있다. 예를 들어, 삼상 전압들(U, V, W)은 BLDC 전동기(130)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 삼상 전압들(U, V, W)은 정현파(sinusoidal wave) 형태로 BLDC 전동기(130)에 제공될 수 있다.

예를 들어, PWM 인버터(120)는 제 1 동작모드에서 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)을 출력할 수 있다. 예를 들어, PWM 인버터(120)는 제 2 동작모드에서 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들(U, V, W)을 출력할 수 있다. 제 1 주파수는 제 2 주파수보다 높은 대역의 주파수를 의미한다. 그러므로, 제 1 동작모드에서, 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들이 BLDC 전동기(130)에 인가될 때, BLDC 전동기(130)내부의 회전자는 움직이지 않게 된다.

또한, 본 발명의 PWM 인버터(120)의 내부는 삼상 전압들(U, V, W)을 BLDC 전동기(130)에 출력하는 전력소자들과 각 전력소자들에 병렬로 연결된 센싱소자들 그리고 센싱소자들과 직렬로 연결되어 전압을 측정하는 센싱저항들로 이루어져 있다. 센싱저항들에서 측정된 전압들(VS), 예를 들어 U상 센싱전압, V상 센싱전압 및 W상 센싱전압은 파라미터 검출회로(140)로 출력된다. PWM 인버터(120) 내부 구조는 도 2 내지 도 4를 참조하여 더 상세하게 설명한다.

BLDC 전동기(130)는 삼상 전압들(U, V, W)을 기반으로 동작할 수 있다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)는 위치 센서(position sensor)를 포함하지 않는 센서리스(sensorless) 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)는 회전자(rotor) 및 고정자(stator)를 포함한다. 회전자는 영구자석(permanent magnet)으로 제공될 수 있다. 삼상 전압들(U, V, W)은 고정자의 권선으로 공급된다. 삼상 전압들(U, V, W)의 기본파(fundamental wave)는 특정 주파수 및 위상을 갖는 정현파일 수 있다. 그러므로, 삼상 전압들(U, V, W)에 의해 고정자로부터 발생한 자기장이 변화한다. 변화하는 자기장의 방향을 기반으로 전자기 유도(electro-magnetic induction)에 따라 전자기적인 힘이 발생한다. 회전자는 발생된 전자기전인 힘에 의해 회전하게 된다. 회전자의 회전에 의하여 회전 자계가 발생하게 된다. 이로 인해, 전자기 유도에 따라 역기전력이 발생하게 된다.

상기 언급한 바와 같이 삼상 전압들(U, V, W)이 각각 전기각 120도의 차이를 갖는 경우, BLDC 전동기(160)로부터 발생된 삼상 역기전력들은 각각 전기각 120도의 차이를 갖게 된다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)는 제 1 동작모드에서 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수와 다른 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)이 인가되므로 움직이지 않는다. 예를 들어, BLDC 전동기(130)는 제 2 동작모드에서 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수와 같은 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들(U, V, W)이 인가되므로 움직인다.

파라미터 검출회로(140)는 PWM 인버터(120) 내부의 센싱저항들에서 출력되는 센싱전압들(VS)을 수신하여 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 전동기 구동회로(110)로 출력할 수 있다. 파라미터 검출회로(140)는 전류 검출부(150) 및 연산부(160)를 포함한다.

전류 검출부(150)는 센싱전압들(VS)을 수신하여, BLDC 전동기(130)내부의 삼상 전류들에 관한 정보들(IS)을 출력한다. 예를 들어, 전류 검출부(150) 내부 구조는 도 5를 참조하여 더 상세하게 설명된다.

연산부(160)는 전류 검출부(150)에서 출력되는 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들에 관한 정보들(IS) 및 전동기 구동회로(110)에서 출력되는 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전압들에 대한 정보들(VST)을 기반으로 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 연산할 수 있다. 예를 들어, BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전압들에 관한 정보들(VST)은 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상에 인가되는 전압의 크기, 위상 및 주파수에 대한 정보를 포함한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 동작모드에서, 연산부(160)는 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들에 대한 정보들(IST)을 출력할 수 있다. 예를 들어 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들에 대한 정보들(IST)은 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상에 흐르는 전류의 크기 및 위상에 대한 정보를 포함한다.

예를 들어, BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)은 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 저항들 및 임피던스들에 관한 정보를 의미한다. 예를 들어, 연산부(160)는 제 1 동작모드에서, BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 전동기 구동회로(110)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 연산부(160)는 제 2 동작모드에서, BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 무시하거나 연산하지 않을 수 있다. 연산부(160) 내부 구조는 도 6을 참조하여 더 상세하게 설명된다.

본 발명에 따른 실시 예에 따르면, BLDC 전동기 시스템(100)이 제 1 동작모드로 구동되는 경우, 파라미터 검출회로(140)는 센싱된 전압들(VS)을 이용해 BLDC 전동기(130)내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 연산하여 전동기 구동회로(110)에 출력한다. 전동기 구동회로(110)는 수신된 파라미터 정보들(PST)을 저장한다. 전동기 구동회로(110)는 미리 저장된 파라미터 정보들(PST), BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류에 대한 정보들(IST) 및 삼상 전압들에 대한 정보들(VST)를 기반으로 BLDC 전동기(130) 내부의 회전자 위치를 검출할 수 있다.

BLDC 전동기 시스템(100)이 제 2 동작모드로 구동되는 경우, 파라미터 검출회로(140)는 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 전동기 구동회로(110)로 출력하지 않을 수 있다. 즉, BLDC 전동기 시스템(100)이 제 2 동작모드로 구동되는 경우, 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에서 저장된 파라미터 정보들(PST)을 이용한다. 또한, 전동기 구동회로(110)는 수신된 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보들(IST) 및 전동기 구동회로(110)에 미리 저장된 삼상 전압들에 관한 정보들(VST)을 이용하여 BLDC 전동기(130) 내부의 회전자의 위치를 검출할 수 있다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PWM 인버터(120)를 보여주는 회로도들이다.

도 2를 참조하면, PWM 인버터(120)는 전원 노드(121), PWM 변조부(120)에서 출력되는 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 응답하여 동작하는 제 1 내지 제 6 전력소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6), 일부 스위칭 신호들(S_U1, S_V1, S_W1)에 응답하여 동작하는 제 4 내지 제 6 전력소자들(TR4, TR5, TR6)과 병렬로 각각 연결되는 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3) 및 제 1 내지 제 3 센싱저항들(RS_U1, RS_V1, RS_W1)을 포함한다.

예를 들어, 제 1 전력소자(TR1)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 1 전력소자(TR1)의 타단은 제 4 전력소자(TR4)의 일단에 연결된다. 그리고 제 1 전력소자(TR1)의 게이트는 스위칭 신호(S_U2)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 전력소자(TR2)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 2 전력소자(TR2)의 타단은 제 5 전력소자(TR5)의 일단에 연결된다. 그리고 제 2 전력소자(TR2)의 게이트는 스위칭 신호(S_V2)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 전력소자(TR3)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 3 전력소자(TR3)의 타단은 제 6 전력소자(TR6)의 일단에 연결된다. 그리고 제 3 전력소자(TR3)의 게이트는 스위칭 신호(S_W2)를 수신한다. 예를 들어, 제 4 전력소자(TR4)의 일단은 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 연결되고, 제 4 전력소자(TR4)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 4 전력소자(TR4)의 게이트는 스위칭 신호(S_W1)를 수신한다. 예를 들어, 제 5 전력소자(TR5)의 일단은 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 연결되고, 제 5 전력소자(TR5)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 5 전력소자(TR5)의 게이트는 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 6 전력소자(TR6)의 일단은 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 연결되고, 제 6 전력소자(TR6)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 6 전력소자(TR6)의 게이트는 스위칭 신호(S_V1)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 센싱소자(T_1)의 일단은 제 5 전력소자(TR5)의 일단과 연결되고, 제 1 센싱소자(T_1)의 타단은 제 1 센싱저항(RS_U1)과 연결된다. 그리고 제 1 센싱소자(T_1)의 게이트는 제 5 전력소자(TR5)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 센싱소자(T_2)의 일단은 제 6 전력소자(TR6)의 일단과 연결되고, 제 2 센싱소자(T_2)의 타단은 제 2 센싱저항(RS_V1)과 연결된다. 그리고 제 2 센싱소자(T_2)의 게이트는 제 6 전력소자(TR6)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_V1)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 센싱소자(T_3)의 일단은 제 4 전력소자(TR4)의 일단과 연결되고, 제 3 센싱소자(T_3)의 타단은 제 3 센싱저항(RS_W1)과 연결된다. 그리고 제 3 센싱소자(T_3)의 게이트는 제 4 전력소자(TR4)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_W1)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 노드(N1)는 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 제 4 전력소자(TR4)의 일단과 제 3 센싱소자(T_3)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 2 노드(N2)는 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 제 5 전력소자(TR5)의 일단과 제 1 센싱소자(T_1)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 3 노드(N3)는 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 제 6 전력소자(TR6)의 일단과 제 2 센싱소자(T_2)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다.

PWM 인버터(120)는 수신된 복수의 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 응답하여 삼상 전압들(U, V, W)을 출력한다. 예를 들어, BLDC 전동기(130) 내부의 U상의 전압(U)은 제 1 노드(N1)와 제 2 노드(N2)의 전위차를 가리킨다. 예를 들어, BLDC 전동기(130) 내부의 V상의 전압(V)은 제 2 노드(N2)와 제 3 노드(N3)의 전위차를 가리킨다. 예를 들어, BLDC 전동기(130) 내부의 W상의 전압(W)은 제 3 노드(N3)와 제 1 노드(N1)의 전위차를 가리킨다. 전원 노드(121)는 PWM 인버터(120)가 삼상 전압들(U, V, W)을 출력할 수 있도록 DC전원(VDD)을 공급한다. 도 2와 같은 구조는 제 1 내지 제 6 전력 소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6) 및 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)이 양방향 소자, 예를 들어 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)인 경우에 사용될 수 있다. 일부 스위칭 신호들(S_U1, S_V1, S_W1)이 인가되는 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)의 게이트들은 제 4 내지 제 6 전력소자들(TR4, TR5, TR6)의 게이트들에 각각 공통으로 연결된다.

도 1 내지 도 2 및 도 5를 참조하면, 간결한 설명을 위하여, BLDC 전동기(130)의 U상과 연결된 제 1 및 제 5 전력소자들(TR1, TR5)이 ON된 경우에 U상에 흐르는 전류를 I_U라고 하고, 제 5 전력소자(TR5)의 저항값을 RDS_U1, 제 5 전력소자(TR5)에 대한 제 1 센싱소자(T_1)의 사이즈의 비율을 α 배라고 가정한다. 이 때, 제 1 센싱저항(RDS_U1)으로부터 센싱되어 파라미터 검출회로(140)로 출력되는 센싱전압(VS_U1)은 수학식 1과 같다.

전류 검출부(150) 내부의 V/I 컨버터(151)는 센싱전압(VS_U1)을 미리 설정된 제 1 센싱 저항값(RS_U1)으로 나누어 제 1 센싱소자(T_1)에 흐르는 전류(IS_U1)를 계산할 수 있다. 이 때, 제 1 센싱소자(T_1)에 흐르는 전류(IS_U1)는 U상 전류(I_U)에 비례한다 제 1 센싱소자(T_1)에 흐르는 전류(IS_U1)는 수학식 2과 같다.

마찬가지로, BLDC 전동기(130)의 V상과 연결된 전력소자들(TR2, TR6)이 ON된 경우에 V상에 흐르는 전류를 I_V라고 하고, 전력소자(TR6)의 저항값을 RDS_V1, 제 6 전력소자(TR6)에 대한 제 2 센싱소자(T_2)의 사이즈의 비율을 α 배라고 가정한다. 이 때, 제 2 센싱저항(RS_V1)으로부터 센싱되어 파라미터 검출회로(140)로 출력되는 센싱전압(VS_V1)은 수학식 3과 같다.

전류 검출부(150) 내부의 V/I 컨버터(151)는 센싱전압(VS_V1)을 미리 설정된 제 2 센싱 저항값(RS_V1)으로 나누어 제 2 센싱소자(T_2)에 흐르는 전류(IS_V1)를 계산할 수 있다. 이 때, 제 2 센싱소자(T_2)에 흐르는 전류(IS_V1)는 V상 전류(I_V)에 비례한다. 제 2 센싱소자(T_2)에 흐르는 전류(IS_V1)는 수학식 4와 같다.

마찬가지로, BLDC 전동기(130)의 W상과 연결된 전력소자들(TR3, TR4)이 ON된 경우에 W상에 흐르는 전류를 I_W라고 하고, 전력소자(TR4)의 저항값을 RDS_W1, 제 4 전력소자(TR4)에 대한 제 3 센싱소자(T_3)의 사이즈의 비율을 α 배라고 가정한다. 이 때, 제 3 센싱저항(RS_W1)으로부터 센싱되어 파라미터 검출회로(140)로 출력되는 센싱전압(VS_W1)은 수학식 5와 같다.

전류 검출부(150) 내부의 V/I 컨버터(151)는 센싱전압(VS_W1)을 미리 설정된 제 3 센싱 저항값(RS_W1)으로 나누어 제 3 센싱소자(T_3)에 흐르는 전류(IS_W1)를 계산할 수 있다. 이 때, 제 3 센싱소자(T_3)에 흐르는 전류(IS_W1)는 W상 전류(I_W)에 비례한다 제 3 센싱소자(T_3)에 흐르는 전류(IS_W1)는 수학식 6과 같다.

도 3을 참고하면, PWM 인버터(120)는 전원 노드(121), PWM 변조부(120)에서 출력되는 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 응답하여 동작하는 제 1 내지 제 6 전력소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6), 일부 스위칭 신호들(S_U2, S_V2, S_W2)에 응답하여 동작하는 제 1 내지 제 3 전력소자들(TR1, TR2, TR3)과 병렬로 각각 연결되는 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3) 및 제 1 내지 제 3 센싱저항들(RS_U2, RS_V2, RS_W2)을 포함한다.

예를 들어, 제 1 전력소자(TR1)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 1 전력소자(TR1)의 타단은 제 4 전력소자(TR4)의 일단에 연결된다. 그리고 제 1 전력소자(TR1)의 게이트는 스위칭 신호(S_U2)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 전력소자(TR2)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 2 전력소자(TR2)의 타단은 제 5 전력소자(TR5)의 일단에 연결된다. 그리고 제 2 전력소자(TR2)의 게이트는 스위칭 신호(S_V2)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 전력소자(TR3)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 3 전력소자(TR3)의 타단은 제 6 전력소자(TR6)의 일단에 연결된다. 그리고 제 3 전력소자(TR3)의 게이트는 스위칭 신호(S_W2)를 수신한다. 예를 들어, 제 4 전력소자(TR4)의 일단은 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 연결되고, 제 4 전력소자(TR4)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 4 전력소자(TR4)의 게이트는 스위칭 신호(S_W1)를 수신한다. 예를 들어, 제 5 전력소자(TR5)의 일단은 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 연결되고, 제 5 전력소자(TR5)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 5 전력소자(TR5)의 게이트는 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 6 전력소자(TR6)의 일단은 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 연결되고, 제 6 전력소자(TR6)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 6 전력소자(TR6)의 게이트는 스위칭 신호(S_V1)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 센싱소자(T_1)의 일단은 제 1 전력소자(TR1)의 일단과 연결되고, 제 1 센싱소자(T_1)의 타단은 제 1 센싱저항(RS_U2)과 연결된다. 그리고 제 1 센싱소자(T_1)의 게이트는 제 1 전력소자(TR1)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 센싱소자(T_2)의 일단은 제 2 전력소자(TR2)의 일단과 연결되고, 제 2 센싱소자(T_2)의 타단은 제 2 센싱저항(RS_V2)과 연결된다. 그리고 제 2 센싱소자(T_2)의 게이트는 제 2 전력소자(TR2)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_V2)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 센싱소자(T_3)의 일단은 제 3 전력소자(TR3)의 일단과 연결되고, 제 3 센싱소자(T_3)의 타단은 제 3 센싱저항(RS_W2)과 연결된다. 그리고 제 3 센싱소자(T_3)의 게이트는 제 3 전력소자(TR3)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_W2)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 노드(N1)는 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 제 4 전력소자(TR4)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 2 노드(N2)는 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 제 5 전력소자(TR5)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 3 노드(N3)는 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 제 6 전력소자(TR6)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다.

도 3과 같은 구조는 제 1 내지 제 6 전력 소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6) 및 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)이 양방향 소자, 예를 들어 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor)인 경우에 사용될 수 있다. 일부 스위칭 신호들(S_U2, S_V2, S_W2)이 인가되는 제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)의 게이트들은 제 1 내지 제 3 전력소자들(TR1, TR2, TR3)의 게이트들에 공통으로 연결된다.

제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)에 흐르는 전류들(IS_U2, IS_V2, IS_W2)은 수학식 1 내지 6에서 계산한 방식을 이용해 구할 수 있다. 예를 들어, 제 1 센싱소자(T_1)에 흐르는 전류(IS_U2)를 계산하기 위해 수학식 1 내지 2의 변수인 제 5 전력소자(TR5)의 저항값 RDS_U1을 대신하여 제 1 전력소자(TR1)의 저항값 RDS_U2을 대입한다. 또한, 제 1 전력소자(TR1)에 대한 제 1 센싱소자(T_1)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다. 예를 들어, 제 2 센싱소자(T_2)에 흐르는 전류(IS_V2)를 계산하기 위해, 수학식 3 내지 4의 변수인 제 6 전력소자(TR6)의 저항값 RDS_V1을 대신하여 제 2 전력소자(TR2)의 저항값 RDS_V2를 대입한다. 또한, 제 2 전력소자(TR2)에 대한 제 2 센싱소자(T_2)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다. 예를 들어, 제 3 센싱소자(T_3)에 흐르는 전류(IS_W2)를 계산하기 위해, 수학식 5 내지 6의 변수인 제 4 전력소자(TR4)의 저항값 RDS_W1을 대신하여 제 3 전력소자(TR3)의 저항값 RDS_W2를 대입한다. 또한 제 3 전력소자(TR3)에 대한 제 3 센싱소자(T_3)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다.

각각의 센싱저항들(RS_U2, RS_V2, RS_W2)로부터 측정된 센싱전압들(VS_U2, VS_V2, VS_W2)은 파라미터 검출회로(140)로 출력될 수 있다.

도 4를 참고하면, PWM 인버터(120)의 내부 구조는 전원 노드(121), PWM 변조부(120)에서 출력되는 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 응답하여 동작하는 제 1 내지 제 6 전력소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6), 제 1 내지 제 6 전력소자들(TR1~TR6)과 병렬로 각각 연결되는 제 1 내지 제 6 센싱소자들(T_1, T_2, T_3, T_4, T_5, T_6) 및 제 1 내지 제 6 센싱저항들(RS_U1, RS_V1, RS_W1, RS_U2, RS_V2, RS_W2)을 포함한다.

예를 들어, 제 1 전력소자(TR1)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 1 전력소자(TR1)의 타단은 제 4 전력소자(TR4)의 일단에 연결된다. 그리고 제 1 전력소자(TR1)의 게이트는 스위칭 신호(S_U2)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 전력소자(TR2)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 2 전력소자(TR2)의 타단은 제 5 전력소자(TR5)의 일단에 연결된다. 그리고 제 2 전력소자(TR2)의 게이트는 스위칭 신호(S_V2)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 전력소자(TR3)의 일단은 전원 노드(121)에 연결되고, 제 3 전력소자(TR3)의 타단은 제 6 전력소자(TR6)의 일단에 연결된다. 그리고 제 3 전력소자(TR3)의 게이트는 스위칭 신호(S_W2)를 수신한다. 예를 들어, 제 4 전력소자(TR4)의 일단은 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 연결되고, 제 4 전력소자(TR4)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 4 전력소자(TR4)의 게이트는 스위칭 신호(S_W1)를 수신한다. 예를 들어, 제 5 전력소자(TR5)의 일단은 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 연결되고, 제 5 전력소자(TR5)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 5 전력소자(TR5)의 게이트는 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 6 전력소자(TR6)의 일단은 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 연결되고, 제 6 전력소자(TR6)의 타단은 접지노드와 연결된다. 그리고 제 6 전력소자(TR6)의 게이트는 스위칭 신호(S_V1)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 센싱소자(T_1)의 일단은 제 5 전력소자(TR5)의 일단과 연결되고, 제 1 센싱소자(T_1)의 타단은 제 1 센싱저항(RS_U1)과 연결된다. 그리고 제 1 센싱소자(T_1)의 게이트는 제 5 전력소자(TR5)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_U1)를 수신한다. 예를 들어, 제 2 센싱소자(T_2)의 일단은 제 6 전력소자(TR6)의 일단과 연결되고, 제 2 센싱소자(T_2)의 타단은 제 2 센싱저항(RS_V1)과 연결된다. 그리고 제 2 센싱소자(T_2)의 게이트는 제 6 전력소자(TR6)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_V1)를 수신한다. 예를 들어, 제 3 센싱소자(T_3)의 일단은 제 4 전력소자(TR4)의 일단과 연결되고, 제 3 센싱소자(T_3)의 타단은 제 3 센싱저항(RS_W1)과 연결된다. 그리고 제 3 센싱소자(T_3)의 게이트는 제 4 전력소자(TR4)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_W1)를 수신한다.

예를 들어, 제 4 센싱소자(T_4)의 일단은 제 1 전력소자(TR1)의 일단과 연결되고, 제 4 센싱소자(T_4)의 타단은 제 4 센싱저항(RS_U2)과 연결된다. 그리고 제 4 센싱소자(T_4)의 게이트는 제 1 전력소자(TR1)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_U2)를 수신한다. 예를 들어, 제 5 센싱소자(T_5)의 일단은 제 2 전력소자(TR2)의 일단과 연결되고, 제 5 센싱소자(T_5)의 타단은 제 5 센싱저항(RS_V2)과 연결된다. 그리고 제 5 센싱소자(T_5)의 게이트는 제 2 전력소자(TR2)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_V2)를 수신한다. 예를 들어, 제 6 센싱소자(T_6)의 일단은 제 3 전력소자(TR3)의 일단과 연결되고, 제 6 센싱소자(T_6)의 타단은 제 6 센싱저항(RS_W2)과 연결된다. 그리고 제 6 센싱소자(T_6)의 게이트는 제 3 전력소자(TR3)의 게이트와 연결되어 스위칭 신호(S_W2)를 수신한다.

예를 들어, 제 1 노드(N1)는 제 1 전력소자(TR1)의 타단과 제 4 전력소자(TR4)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 2 노드(N2)는 제 2 전력소자(TR2)의 타단과 제 5 전력소자(TR5)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다. 예를 들어, 제 3 노드(N3)는 제 3 전력소자(TR3)의 타단과 제 6 전력소자(TR6)의 일단이 교차하는 지점에 해당한다.

도 4와 같은 구조는 제 1 내지 제 6 전력소자들(TR1~TR6) 및 제 1 내지 제 6 센싱소자들(T_1~T_6)이 단방향 소자, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)인 경우에 사용될 수 있다. 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)이 인가되는 센싱소자들(T_1, T_2, T_3, T_4, T_5, T_6)의 게이트들은 전력소자들(TR1, TR2, TR3, TR4, TR5, TR6)의 게이트들과 각각 공통으로 연결된다.

제 1 내지 제 3 센싱소자들(T_1, T_2, T_3)에 흐르는 전류들(IS_U1, IS_V1, IS_W1)은 수학식 1 내지 6을 이용하여 계산될 수 있다. 또한, 제 4 내지 제 6 센싱소자들(T_4, T_5, T_6)에 흐르는 전류들(IS_U2, IS_V2, IS_W2)은 수학식 1 내지 6에서 계산한 방식을 이용해 구할 수 있다. 이 때, 제 4 센싱소자(T_4)에 흐르는 전류(IS_U2)를 계산하기 위해, 수학식 1 내지 2의 변수인 제 5 전력소자(TR5)의 저항값 RDS_U1을 대신하여 제 1 전력소자(TR1)의 저항값 RDS_U2을 대입한다. 또한 제 1 전력소자(TR1)에 대한 제 4 센싱소자(T_4)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다. 그리고, 제 5 센싱소자(T_5)에 흐르는 전류(IS_V2)를 계산하기 위해, 수학식 3 내지 4의 변수인 제 6 전력소자(TR6)의 저항값 RDS_V1을 대신하여 제 2 전력소자(TR2)의 저항값 RDS_V2를 대입한다. 또한 제 2 전력소자(TR2)에 대한 제 5 센싱소자(T_5)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다. 그리고, 제 6 센싱소자(T_6)에 흐르는 전류(IS_W2)를 계산하기 위해, 수학식 5 내지 6의 변수인 제 4 전력소자(TR4)의 저항값 RDS_W1을 대신하여 제 3 전력소자(TR3)의 저항값 RDS_W2를 대입한다. 또한 제 3 전력소자(TR3)에 대한 제 6 센싱소자(T_6)의 사이즈의 비율을 α 배로 정의한다.

각각의 센싱저항들(RS_U1, RS_V1, RS_W1, RS_U2, RS_V2, RS_W2)로부터 측정된 센싱전압들(VS_U1, VS_V1, VS_W1, VS_U2, VS_V2, VS_W2)은 파라미터 검출회로(140)로 출력될 수 있다. 그리고 파라미터 검출회로(140)는 센싱전압들(VS_U1, VS_V1, VS_W1, VS_U2, VS_V2, VS_W2) 중 하나, 이들의 합한 후 평균 또는 가중 평균을 이용하여 각 상의 센싱 전류에 관한 정보들(IS_U1, IS_V1, IS_W1)을 계산할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전류 검출부(150)를 보여주는 블록도이다. 간결한 설명을 위하여, PWM 인버터(120) 내부 구조가 도 2와 같고, PWM 인버터(120)의 U상과 연관된 제 1 및 제 5 전력소자들(TR1, TR5)이 ON된 경우를 가정하여 설명한다. V상 및 W상과 연관된 전류 검출부(150)의 다른 부분들은 도 5과 동일한 구조를 가질 수 있다. 전류 검출부(150)는 V/I 컨버터(151), 증폭기(152), ADC(153)를 포함한다.

전류 검출부(150)는 파라미터 검출회로(140) 내부에 위치하고, 센싱저항(RS_U1)에서 출력되는 센싱전압(VS_U1)을 수신하여 BLDC 전동기(130) 내부의 U상 전류(I_U)에 관한 정보(I_U1)를 출력할 수 있다. 구체적으로, V/I컨버터(151)는 수신된 센싱전압(VS_U1)을 제 1 센싱저항(RS_U1)값으로 나눠서 U상 센싱전류(IS_U1)로 변환한다.

증폭기(152)는 V/I컨버터(151)에서 출력되는 U상 센싱전류(IS_U1)를 수신하여, 증폭된 U상 센싱전류(IA_U1)를 출력할 수 있다. 이 때, 전류 검출부(150) 내의 제어부(미도시)는 센싱전류(IS_U1)의 레벨 및 PWM 인버터(120) 내부의 전력소자들, 센싱소자들 및 센싱저항들의 저항비에 따라 증폭기의 이득(Gain)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(152)를 통과한 U상 센싱전류(IA_U1)는 U상에 흐르는 전류(I_U)일 수 있다.

ADC(153)는 증폭기(152)를 통과한 U상 센싱전류(IA_U1)를 수신하여 U상 전류(I_U)에 관한 정보(I_U1)를 출력할 수 있다. U상 전류(I_U)에 관한 정보(I_U1)는 연산부(160)로 출력될 수 있다. 마찬가지로, 다른 센싱전압들(VS_V1, VS_W1)도 도 5와 같은 과정을 통해 V상 및 W상 전류(I_V, I_W)에 관한 정보들(I_V1, I_W1)로 변환되어 연산부(160)로 출력될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4와 같이 PWM 인버터(120) 내부가 구성되는 경우에도, 도 5의 과정을 통해 각 센싱전압들이 각 상의 전류들에 관한 정보들로 변환되어 연산부(160)로 출력될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 연산부(160)를 보여주는 블록도이다. 예시적으로, U상과 연관된 연산부(160)의 일부가 도 6에 도시되어 있다. 간결한 설명을 위해, PWM 인버터(120) 내부 구조가 도 2와 같다고 가정한다. V상 및 W상과 연관된 연산부(160)의 다른 부분들은 도 6과 동일한 구조를 가질 수 있다. 연산부(160)는 전류 위상 및 크기 검출부(161), 임피던스 검출부(162), 파라미터 검출부(163)를 포함한다.

도 1 및 도 6을 참고하면, 전류 위상 및 크기 검출부(161)는 BLDC 전동기(130) 내부의 U상 전류(I_U)에 관한 정보(I_U1)를 수신하여, U상 전류(I_U)의 위상(IST_U1P) 및 크기(IST_U1M)에 관한 정보들을 연산할 수 있다. 예를 들어, U상 전류(I_U)의 위상을 구하는 방법은 각 신호의 영점부분을 검출하여 위상을 추출하는 영점 검출(Zero-Crossing Detection)방법, 정지 축 변환을 통하여 2상의 신호로 변환한 후에 역 탄젠트 연산(Arctangent)연산을 하는 방법, 회전 축 변환을 통하여 무효성분을 0으로 제어하여 위상을 추출하는 방법(SRF-PLL)을 포함한다. 예를 들어, U상 전류(I_U)의 크기를 구할 수 있는 방법은 삼상 중 검출하는 상을 제외한 2상의 신호가 일치하는 부분의 크기를 저장하는 방법, 회전 축 변환(d-q)을 통하여 크기를 추출하는 방법을 포함한다.

예를 들어, 제 1 동작모드에서, 전류 위상 및 크기 검출부(161)는 상술된 방법들을 이용해 연산된 U상 전류(I_U)의 위상 정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)를 전동기 구동회로(110) 및 임피던스 검출부(162)로 출력할 수 있다. 제 2 동작모드에서, U상 전류(I_U)의 위상 정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)는 임피던스 검출부(162)에는 출력되지 않고, 전동기 구동회로(110)에만 출력될 수 있다.

임피던스 검출부(162)는 U상 전류(I_U)의 위상 정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)뿐만 아니라, 제 1 동작모드에서 전동기 구동회로(110)로부터 출력되는 U상 전압(U)에 관한 정보(VST), 예를 들어 위상 정보(VST_U1P) 및 크기 정보(VST_U1M)을 수신하여, U상 임피던스 정보(ZST_U1)를 연산할 수 있다. 임피던스 검출부(162)가 임피던스 정보(ZST_U1)를 연산하는 방법은 수학식 7로 정의된다.

수학식 7에서, |V|는 U상 전압(U)의 크기에 관한 정보(VST_U1M)이고, θv는 U상 전압(U)의 위상(VST_U1P)이다. |I|는 U상 전류(I_U)의 크기 정보(IST_U1P)이고, θi는 U상 전류(I_U)의 위상 정보(IST_U1P)이다. 임피던스 검출부(162)는 수학식 7와 같은 방식으로 BLDC 전동기(130)내부의 U상 임피던스 정보(ZST_U1)를 연산하고, 연산된 U상 임피던스 정보(ZST_U1)를 파라미터 검출부(163)로 출력할 수 있다. 다만, 제 2 동작모드에서, 임피던스 검출부(162)는 수학식 7을 이용한 연산을 하지 않고, 전압에 관한 정보들(VST_U1P, VST_U1M) 및 전류에 관한 정보들(IST_U1P, IST_U1M)을 무시할 수 있다.

파라미터 검출부(163)는 U상 임피던스 정보(ZST_U1) 및 전동기 구동회로(110)로부터 출력되는 U상 전압에 관한 정보(VST), 예를 들어 U상 주파수(w)에 관한 정보(VST_U1w)를 수신하여, U상 저항에 관한 정보(RST_U1) 및 U상 인덕턴스에 관한 정보(LST_U1)를 연산한다. U상의 파라미터 검출부(163)는 연산된 U상 저항에 관한 정보(RST_U1) 및 U상 인덕턴스에 관한 정보(LST_U1)를 각 상의 파라미터 정보들(PST)로서 전동기 구동회로(110)로 출력할 수 있다.

마찬가지로, V상 및 W상 전류에 관한 정보들(I_V1, I_W1)은 도 6와 같은 과정을 통해 BLDC 전동기(130)의 V상의 저항 및 인덕턴스에 관한 파라미터 정보들(IST_V1R, IST_V1L)과 BLDC 전동기(130)의 W상의 저항 및 인덕턴스에 관한 파라미터 정보들(IST_W1R, IST_W1L)로 연산될 수 있다. 그리고 파라미터 검출부(163)는 연산된 V상의 저항 및 인덕턴스에 관한 파라미터 정보들(IST_V1R, IST_V1L)과 W상의 저항 및 인덕턴스에 관한 파라미터 정보들(IST_W1R, IST_W1L)을 V상 및 W상의 파라미터 정보들(PST)로서 전동기 구동회로(110)로 출력할 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4와 같이 PWM 인버터(120)내부가 구성되는 경우에도, 연산부(160)는 도 6의 과정을 통해 각 상의 전류들에 관한 정보들을 수신하여 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 전동기 구동회로(110)로 출력될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 BLDC 전동기 시스템(100)의 제 1 동작모드에서, BLDC 전동기(130)로 인가되는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)의 제 1 주파수는 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수와 다른 주파수를 갖는다. 왜냐하면, 동작 주파수를 갖는 삼상 전압들(U, V, W)이 인가되어 BLDC 전동기(130)가 동작하는 경우, BLDC 전동기(130)내부의 회전자가 움직일 때 발생되는 역기전력으로 인해 정확한 삼상 파라미터 정보가 검출되지 않기 때문이다. 따라서, BLDC 전동기(130)에 인가되는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)의 제 1 주파수는 BLDC 전동기(130)가 동작되지 않도록 BLDC 전동기(130)의 동작 주파수보다 높은 주파수를 의미한다. 예를 들어, 제어 신호(CTRL)는 BLDC 전동기(130)의 제 1 동작모드에 관한 정보를 포함할 수 있다. 제 1 동작모드에서, BLDC 전동기(130)로 출력되는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)의 크기 및 주파수는 제어 신호(CTRL)을 기반으로 하여 전동기 구동회로(110)에서 결정된다. 또한, 전동기 구동회로(110)에서 결정된 제 1 삼상 전압들(U, V, W)의 크기, 위상, 그리고 주파수에 관한 정보들(VST)은 연산부(160)로 출력될 수 있다. 구체적으로, 제어신호(CTRL)에 따라 결정되어 BLDC 전동기(130)로 인가되는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)중에서 예시적으로, U상 전압은 수학식 8로 정의된다.

수학식 8에서, 상수(k)는 PWM 신호 생성시 고려된 데드타임(dead-time)과 전력소자의 온저항 등을 고려하여 결정된다. 파라미터 검출시 발생하는 오차를 줄이기 위해 상수(k)가 조정될 수 있다. 전압변조지수(M)는 PWM의 구동방식과 듀티비에 의해 결정된다. 위상(θv)은 전동기 구동회로(110)의 설정에 따라 결정되며, 주파수(w)와 시간(t)의 함수인 수학식 9로 정의된다.

BLDC 전동기(130) 내부의 삼상을 모두 구동하는 경우, 전원 전압(VDD)은 전원 노드(121)를 통해 인가되는 DC 전압 크기의 절반에 해당한다. 전원 전압(VDD)은 전원 노드(121)를 통해 인가되는 DC 전압 크기에 해당한다.

전동기 구동회로(110)는 연산부(160)에서 연산되어 파라미터 검출회로(140)에서 출력되는 BLDC 전동기(130)내부의 각 상의 파라미터들에 관한 정보들(PST), 예를 들어 U상 저항(R_U)에 관한 정보 및 U상 인덕턴스(L_U)에 관한 정보를 수신할 수 있다. 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에서, 각 상의 파라미터들에 관한 정보들(PST), 삼상 전압들에 관한 정보들(VST) 및 연산부(160)에서 출력되는 삼상 전류들에 관한 정보들(IST)을 기반으로 삼상 역기전력을 계산함으로써, 구동 전의 BLDC 전동기(130)내부의 회전자의 위치 정보를 검출할 수 있다.

즉, BLDC 전동기 시스템(100)은 BLDC 전동기(130) 내부의 각각의 상의 파라미터를 동시에 검출할 수 있다. 또한, BLDC 전동기 시스템(100)은 동시에 검출된 각 상의 파라미터들을 비교하여, BLDC 전동기(130) 내부의 파라미터가 불균형한 경우, BLDC 전동기 시스템(100)의 고장을 진단할 수 있다. 또한, BLDC 전동기 시스템(100)은 동시에 검출된 각 상의 파라미터들을 비교하여, BLDC 전동기(130) 내부의 파라미터가 불균형한 경우, BLDC 전동기 시스템(100)의 동작을 보상할 수 있다.

예시적으로, BLDC 전동기(130)로부터 발생된 U상의 역기전력(E_U)은 하기의 수학식 10과 같다.

수학식 10을 참고하면, E_U는 U상의 역기전력을 가리키고, V_U는 BLDC 전동기(130)로 인가되는 U상의 전압 레벨을 가리키고, V_N은 중성점의 전압을 가리키고, L_U는 BLDC 전동기(130)내부의 U상의 인덕턴스 값을 가리키고, R_U는 U상의 저항값을 가리키고, I_U는 U상의 전류를 가리킨다.

예시적으로, BLDC 전동기(130)로부터 발생된 V상의 역기전력(E_V)은 하기의 수학식 11과 같다.

수학식 11를 참고하면, E_V는 V상의 역기전력을 가리키고, V_V는 BLDC 전동기(130)로 인가되는 V상의 전압 레벨을 가리키고, V_N은 중성점의 전압을 가리키고, L_V는 BLDC 전동기(130) 내부의 V상의 인덕턴스 값을 가리키고, R_V는 V상의 저항값을 가리키고, I_V는 V상의 전류를 가리킨다.

예시적으로, BLDC 전동기(130)로부터 발생된 W상의 역기전력(E_W)은 하기의 수학식 12과 같다.

수학식 12를 참고하면, E_W는 W상의 역기전력을 가리키고, V_W는 BLDC 전동기(130)로 인가되는 W상의 전압 레벨을 가리키고, V_N은 중성점의 전압을 가리키고, L_W는 BLDC 전동기(130) 내부의 W상의 인덕턴스 값을 가리키고, R_V는 W상의 저항값을 가리키고, I_W는 W상의 전류를 가리킨다.

제 2 동작모드의 경우, 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에서 미리 연산되어 저장된 각 상의 파라미터들에 관한 정보들(PST)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 전동기 구동회로(110)는 제 1 동작모드에서 연산되어 전동기 구동회로(110)에 저장된 각 상의 파라미터들에 관한 정보들(PST), 삼상 전압들에 관한 정보들(VST) 및 연산부(160)에서 출력되는 삼상 전류들에 관한 정보들(IST)을 기반으로 삼상 역기전력을 계산함으로써, 구동 중의 BLDC 전동기(130) 내부의 회전자의 위치 정보를 검출할 수 있다.

또한, BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터를 개별적으로 검출하기 위해, BLDC 전동기 시스템(100)은 U-V상, V-W상 그리고 W-U상의 파라미터 검출을 순차적으로 수행할 수 있다. 도 1 및 도 2를 참조하여, BLDC 전동기 시스템(100)이 BLDC 전동기(130) 내부의 각각의 상의 파라미터를 개별적으로 검출하는 방법에 대해 더 자세히 설명한다. 이 때, PWM 인버터(120)의 내부 구조는 도 2와 같고, BLDC 전동기(130) 내부는 Y결선으로 구성된다고 가정한다. 또한, BLDC 전동기(130) 내부의 각각의 상의 파라미터를 개별적으로 검출하는 경우에도, 앞서 언급된 전압에 관한 정보(VST) 및 전류에 관한 정보(IST)를 이용하여 파라미터를 검출하는 점은 동일하다.

BLDC 전동기 시스템(100)은 하기의 수학식 13 내지 27의 과정을 통해 BLDC 전동기(130) 내부의 각각의 상의 파라미터를 개별적으로 검출할 수 있다. 또한, BLDC 전동기 시스템(100)은 개별적으로 검출된 각 상의 파라미터들을 비교하여, BLDC 전동기(130) 내부의 파라미터가 불균형한 경우, BLDC 전동기 시스템(100)의 고장을 진단할 수 있다. 또한, BLDC 전동기 시스템(100)은 개별적으로 검출된 각 상의 파라미터들을 비교하여, BLDC 전동기(130) 내부의 파라미터가 불균형한 경우, BLDC 전동기 시스템(100)의 동작을 보상할 수 있다.

이하 수학식 13 내지 27을 통해, BLDC 전동기 시스템(100)이 BLDC 전동기(130) 내부의 U상의 파라미터들(R_U, L_U), V상의 파라미터들(R_V, L_V), W상의 파라미터들(R_W, L_W)을 개별적으로 구하는 방법을 자세히 살펴본다.

예를 들어, BLDC 전동기 시스템(100)은 BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 파라미터(Z_UV)를 검출할 수 있다. 이를 위해서, BLDC 전동기 시스템(100)은 PWM 인버터(120)내부의 U-V상에 관련된 스위치들(TR1, TR5)만 구동하여 U-V상에 흐르는 전류를 이용해 U-V상의 파라미터(Z_UV)를 검출할 수 있다.

수학식 13을 참고하면, U-V상의 파라미터(Z_UV)의 실수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 저항값(R_UV)으로, U-V상의 파라미터(Z_UV)의 허수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 인덕턴스값(L_UV)로 이루어진다. 이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 저항값(R_UV)은 수학식 14로 정의된다.

수학식 14를 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 저항값(R_UV)은 U상의 저항값(R_U)과 V상의 저항값(R_V)의 합에 해당한다.

이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 인덕턴스값(L_UV)은 수학식 15로 정의된다.

수학식 15를 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 U-V상의 인덕턴스값(L_UV)은 U상의 인덕턴스값(L_U)과 V상의 인덕턴스값(L_V)의 합에 해당한다.

예를 들어, BLDC 전동기 시스템(100)은 PWM 인버터(120)내부의 V-W상에 관련된 스위치들(TR2, TR6)만 구동하여 V-W상에 흐르는 전류를 이용해 V-W상의 파라미터(Z_VW)를 검출할 수 있다.

수학식 16을 참고하면, V-W상의 파라미터(Z_VW)의 실수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 저항값(R_VW)으로, V-W상의 파라미터(Z_VW)의 허수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 인덕턴스값(L_VW)로 이루어진다. 이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 저항값(R_VW)은 수학식 17로 정의된다.

수학식 17을 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 저항값(R_VW)은 V상의 저항값(R_V)과 W상의 저항값(R_W)의 합에 해당한다.

이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 인덕턴스값(L_VW)은 수학식 18로 정의된다.

수학식 18을 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 V-W상의 인덕턴스값(L_VW)은 V상의 인덕턴스값(L_V)과 W상의 인덕턴스값(L_W)의 합에 해당한다.

예를 들어, BLDC 전동기 시스템(100)은 PWM 인버터(120)내부의 W-U상에 관련된 스위치들(TR3, TR4)만 구동하여 W-U상에 흐르는 전류를 이용해 W-U상의 파라미터(Z_WU)를 검출할 수 있다.

수학식 19를 참고하면, W-U상의 파라미터(Z_WU)의 실수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 저항값(R_WU)으로, W-U상의 파라미터(Z_WU)의 허수부는 BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 인덕턴스값(L_WU)로 이루어진다. 이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 저항값(R_WU)은 수학식 20으로 정의된다.

수학식 20을 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 저항값(R_WU)은 W상의 저항값(R_W)과 U상의 저항값(R_U)의 합에 해당한다.

이 때, BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 인덕턴스값(L_WU)은 수학식 21로 정의된다.

수학식 21을 참고하면, BLDC 전동기(130) 내부의 W-U상의 인덕턴스값(L_WU)은 W상의 인덕턴스값(L_W)과 U상의 인덕턴스값(L_U)의 합에 해당한다.

수학식 13 내지 21을 이용하여, U상의 파라미터들(R_U, L_U)은 수학식 22 내지 23과 같이 정의된다.

수학식 13 내지 21을 이용하여, V상의 파라미터들(R_V, L_V)은 수학식 24 내지 25와 같이 정의된다.

수학식 13 내지 21을 이용하여, W상의 파라미터들(R_W, L_W)은 수학식 26 내지 27과 같이 정의된다.

도 7은 도 1에 도시된 전동기 구동회로(110), PWM 인버터(120), BLDC 전동기(130) 및 파라미터 검출회로(140)의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 간결한 설명을 위하여, PWM 인버터(120) 내부 구조가 도 2와 같다고 가정한다. 도 1, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, S110단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)이 제어신호(CTRL)를 통해 제 1 또는 제 2 동작모드인지 여부를 판단한다.

S120단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 제 1 동작모드에서, 제 1 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 따라 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들(U, V, W)을 BLDC 전동기(130)에 공급한다.

S130단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 PWM 인버터(120) 내부에서 출력되는 센싱전압(VS), 예를 들어 도 2과 같은 구조를 갖는 경우 센싱전압들(VS_U1, VS_V1, VS_W1)을 수신하여 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보들(I_U1, I_V1, I_W1)을 획득한다.

S140단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보들(I_U1, I_V1, I_W1)을 수신하여 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보(IST), 예를 들어 U상과 관련된 경우 U상 전류(I_U)에 관한 위상정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)를 연산한다.

S150단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보(IST), 예를 들어 U상과 관련된 경우 U상 전류(I_U)에 관한 위상정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)와 삼상 전압들(U, V, W)에 관한 정보(VST), 예를 들어 U상과 관련된 경우 U상 전압(U)에 관한 위상정보(VST_U1P), 크기 정보(VST_U1M) 및 주파수 정보(VST_U1w)를 수신하여 BLDC 전동기(130) 내부의 각 상의 파라미터 정보들(PST)을 연산한다.

S160단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 제 2 동작모드에서 제 2 스위칭 신호들(S_U1, S_U2, S_V1, S_V2, S_W1, S_W2)에 따라 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들(U, V, W)을 BLDC 전동기(130)에 공급한다.

S170단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 PWM 인버터(120) 내부에서 출력되는 센싱전압(VS), 예를 들어 도 2과 같은 구조를 갖는 경우 센싱전압들(VS_U1, VS_V1, VS_W1)을 수신하여 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보들(I_U1, I_V1, I_W1)을 연산한다.

S180단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 BLDC 전동기(130) 내부의 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보들(I_U1, I_V1, I_W1)을 수신하여 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 관한 정보(IST), 예를 들어 U상과 관련된 경우 U상 전류(I_U)에 관한 위상정보(IST_U1P) 및 크기 정보(IST_U1M)를 연산한다.

S190단계에서, BLDC 전동기 시스템(100)은 각 상의 파라미터 정보들(PST), 삼상에 인가되는 전압들(U, V, W)에 관한 정보들(VST) 및 삼상 전류들(I_U, I_V, I_W)에 대한 정보들(IST)을 이용해 수학식 10 내지 12에 기재된 역기전력을 연산함으로써, BLDC 전동기(130)내부의 회전자의 위치를 검출할 수 있다.

S200단계에서, 모터 전원이 ON인 경우 S110단계를 수행한다. 만약 모터 전원이 OFF인 경우라면 본 발명은 동작을 종료하게 된다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : BLDC 전동기 시스템 110 : 전동기 구동회로
120 : PWM 인버터 130 : BLDC 전동기
140 : 파라미터 검출회로 150 : 전류 검출부
160 : 연산부

Claims (17)

1. 제어 신호에 따라 제 1 동작모드 또는 제 2 동작모드로 PWM(Pulse-Width-Modulation)인버터를 제어하고, 각 모드에 따른 스위칭 신호들를 출력하는 전동기 구동회로;
   상기 스위칭 신호들을 수신하여, 상기 제 1 동작모드에서 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들을 출력하고, 상기 제 2 동작모드에서 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들을 출력하는 PWM 인버터;
   상기 제 1 동작모드에서 상기 제 1 삼상 전압들을 수신하고, 상기 제 2 동작모드에서 상기 제 2 삼상 전압들을 수신하도록 구성되는 센서리스(sensorless) BLDC(BrushLess Direct Current Motor) 전동기; 및
   상기 PWM 인버터 내부에서 센싱된 센싱전압들을 이용해 상기 제 1 동작모드에서 상기 BLDC전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들을 연산하는 파라미터 검출회로를 포함하되,
   상기 제 1 동작모드에서, 상기 전동기 구동회로는 미리 저장된 파라미터 정보들, 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들 및 상기 제 1 삼상 전압에 기반하여 상기 BLDC 전동기 내부의 회전자 위치를 검출하고,
   상기 제 2 동작모드에서, 상기 전동기 구동회로는 상기 제 1 동작모드에서 저장된 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들, 미리 저장된 삼상 전압 정보들 및 상기 제 2 삼상 전압에 기반하여 상기 BLDC 전동기 내부의 상기 회전자 위치를 검출하는 BLDC 전동기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 PWM 인버터는:
   직류 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 4 전력소자들;
   상기 제 1 및 제 4 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 및 제 5 전력소자들;
   상기 제 2 및 제 5 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 6 전력소자들;
   상기 제 2 전력소자의 타단과 상기 제 5 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 5 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 1 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 1 센싱소자;
   상기 제 3 전력소자의 타단과 상기 제 6 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 6 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 2 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 2 센싱소자;
   상기 제 1 전력소자의 타단과 상기 제 4 전력소자의 일단이 교차되는 지점에 일단이 연결되고, 상기 제 4 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 3 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 3 센싱소자;
   상기 제 1 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 1 센싱저항;
   상기 제 2 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 센싱저항; 및
   상기 제 3 센싱소자의 타단과 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 센싱저항을 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 3 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들인 BLDC 전동기 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 4 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 4 센싱소자;
   상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 2 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 5 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 5 센싱소자;
   상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 3 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 6 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 6 센싱소자;
   상기 제 4 센싱소자의 타단과 상기 제 1 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 4 센싱저항;
   상기 제 5 센싱소자의 타단과 상기 제 2 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 5 센싱저항; 및
   상기 제 6 센싱소자의 타단과 상기 제 3 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 6 센싱저항을 더 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 6 센싱소자들은 단방향 트랜지스터들인 BLDC 전동기 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 6 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들인 BLDC 전동기 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 파라미터 검출회로는
   상기 센싱전압들을 이용해 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 전류들에 관한 정보들을 출력하는 전류 검출부; 및
   상기 전류 검출부에서 출력되는 상기 삼상 전류들에 관한 정보들과 전동기 구동회로에서 출력되는 상기 삼상에 인가되도록 미리 설정된 삼상 전압들에 관한 정보들을 이용해 상기 BLDC 전동기 내부의 상기 삼상 파라미터 정보들을 연산하는 연산부를 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 전동기 구동회로는
   상기 제 2 동작모드에서, 상기 파라미터 검출회로로부터 출력된 상기 삼상 파라미터 정보들을 이용해 삼상 역기전력을 연산하여 상기 BLDC 전동기에 포함된 회전자의 위치 정보를 연산하는 BLDC 전동기 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 전동기 구동회로는 상기 파라미터 검출회로로부터 출력된 상기 BLDC 전동기 내부의 파라미터들이 불균형한 경우, 상기 BLDC 전동기의 동작을 보상하는 BLDC전동기 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 상기 제 2 주파수보다 높은 BLDC전동기 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 PWM 인버터의 내부는 직류 전원 노드와 접지 노드 사이에 직렬로 연결된 제 1 및 제 4 전력소자들;
    상기 제 1 및 제 4 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 2 및 제 5 전력소자들;
    상기 제 2 및 제 5 전력소자들과 병렬로 연결되고, 상기 직류 전원 노드와 상기 접지 노드 사이에 직렬로 연결되는 제 3 및 제 6 전력소자들;
    상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 1 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 1 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 1 센싱소자;
    상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 2 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 2 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 2 센싱소자;
    상기 전원 노드에 일단이 연결되고, 상기 제 3 전력소자와 게이트를 공유하고, 타단이 제 3 센싱저항과 직렬로 연결되는 제 3 센싱소자;
    상기 제 1 센싱소자의 타단과 상기 제 1 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 1 센싱저항;
    상기 제 2 센싱소자의 타단과 상기 제 2 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 2 센싱저항; 및
    상기 제 3 센싱소자의 타단과 상기 제 3 전력소자의 타단 사이에 직렬로 연결되는 제 3 센싱저항을 포함하는 BLDC 전동기 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 6 전력소자들 및 상기 제 1 내지 3 센싱소자들은 양방향 트랜지스터들인 BLDC 전동기 시스템.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 삼상 전압들은 U상 전압, V상 전압, 그리고 W상 전압을 포함하고,
    상기 PWM 인버터는, 상기 제 1 동작모드 시에, 상기 U상 전압, 상기 V상 전압 및 상기 W상 전압을 순차적으로 출력하도록 구성되는 BLDC 전동기 시스템.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 U상 전압, 상기 V상 전압 및 상기 W상 전압이 순차적으로 출력될 때, 상기 파라미터 검출회로는 제 1 내지 제 3 정보들을 순차적으로 연산하고, 상기 제 1 내지 3 정보들에 따라 상기 삼상 파라미터 정보들을 연산하도록 구성되는 BLDC 전동기 시스템.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 삼상 전압들은 U상 전압, V상 전압, 그리고 W상 전압을 포함하고,
    상기 PWM 인버터는, 상기 제 1 동작모드 시에, 상기 U상 전압, 상기 V상 전압 및 상기 W상 전압을 동시에 출력하도록 구성되는 BLDC 전동기 시스템.
16. BLDC 전동기 및 상기 BLDC 전동기를 제어하는 PWM 인버터를 포함하고, 제 1 동작 모드 또는 제 2 동작 모드로 동작하는 BLDC 전동기 시스템의 동작 방법에 있어서:
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 제 1 주파수를 갖는 제 1 삼상 전압들을 BLDC 전동기에 공급하는 단계;
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제1 삼상 전압들에 따라 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 삼상 전류들에 대한 제 1 정보들을 획득하는 단계;
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제 1 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 파라미터 정보들을 연산하는 단계;
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 제 2 주파수를 갖는 제 2 삼상 전압들을 BLDC 전동기에 공급하는 단계;
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 제 2 삼상 전압들에 따라 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 삼상 전류들에 대한 제 2 정보들을 획득하는 단계; 및
    상기 BLDC 전동기 시스템이, 상기 파라미터 정보들 및 상기 제 2 정보들을 이용하여 상기 BLDC 전동기의 회전자의 위치를 검출하는 단계를 포함하되,
    상기 제 1 동작모드에서, 상기 회전자의 위치는 미리 저장된 파라미터 정보들, 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들 및 상기 제 1 삼상 전압에 기반하여 검출되고,
    상기 제 2 동작모드에서, 상기 회전자의 위치는 상기 제 1 동작모드에서 저장된 상기 BLDC 전동기 내부의 삼상 파라미터 정보들, 미리 저장된 삼상 전압 정보들 및 상기 제 2 삼상 전압에 기반하여 검출되는 동작 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 파라미터 정보들은 상기 BLDC 전동기 내부의 각 상의 임피던스값을 포함하는 동작방법.

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