KR102619910B1 - Apparatus and method for controlling a start of BLDC motor using detection of phase voltage - Google Patents

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KR102619910B1 KR1020170003427A KR20170003427A KR102619910B1 KR 102619910 B1 KR102619910 B1 KR 102619910B1 KR 1020170003427 A KR1020170003427 A KR 1020170003427A KR 20170003427 A KR20170003427 A KR 20170003427A KR 102619910 B1 KR102619910 B1 KR 102619910B1
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Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치가 개시된다.
개시된 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치는, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부; 회전자(Rotor)를 구비하는 BLDC 모터; 상기 정류부에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 공급하는 인버터; 상기 BLDC 모터에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하는 단자전압 검출부; 및 상기 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 상기 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 상기 단자전압 검출부를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.
The present invention forcibly aligns the position of the rotor during the initial operation of the BLDC motor, performs phase switching, detects the back electromotive force of the phase to which no voltage is applied, and detects the back electromotive force of the phase to which no voltage is applied, and when it stabilizes within the set value, the sensor A brushless direct current motor starting control method and device using phase-to-phase voltage detection that enable operation in a lease mode are disclosed.
The disclosed brushless direct current motor starting control device includes a rectifier that rectifies and smoothes AC power and supplies it as DC power; BLDC motor having a rotor; An inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into pulse-shaped three-phase AC power (U, V, W) with an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor; A terminal voltage detection unit that detects the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor; and forcibly align the position of the rotor, and when the alignment of the rotor is completed, perform phase switching for acceleration, and generate back electromotive force of the phase to which no voltage is applied through the terminal voltage detector. Detects and performs phase switching a certain number of times until the detected back electromotive force value is within a preset value, and includes a control unit that controls the inverter in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within a preset value. .

Description

상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치{Apparatus and method for controlling a start of BLDC motor using detection of phase voltage}Brushless DC motor starting control method and device using phase voltage detection {Apparatus and method for controlling a start of BLDC motor using detection of phase voltage}

본 발명은 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and device for controlling the starting of a brushless direct current motor using phase voltage detection, and more specifically, to forcibly align the position of the rotor during the initial operation of a BLDC (BrushLess Direct Current) motor. A brushless DC motor starting control method and device using phase voltage detection that performs (phase) switching, detects the back electromotive force of the phase to which no voltage is applied, and operates in sensorless mode when it stabilizes within the set value. It's about.

통상, BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 고정자(stator)는 코일에 전류를 흘려 형성하는 전기자(armature)를 사용하고, 회전자(rotator)는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. BLDC 모터가 연속적으로 회전하기 위해서는 BLDC 모터의 연속적인 회전자계의 형성이 필요하며, 연속적인 회전자계를 형성하기 위해서는 전기자의 각 상의 코일에 흐르는 전류의 전환(commutation)을 적절한 시점에 해야 하는데, 적절한 전환을 위해서는 회전자의 위치를 정확히 인식해야 한다. 여기서 전환이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것이다.Typically, the stator of a BLDC (BrushLess Direct Current) motor uses an armature formed by flowing current through a coil, and the rotor uses a permanent magnet formed by repeating the N and S poles. . In order for a BLDC motor to rotate continuously, it is necessary to form a continuous rotating magnetic field of the BLDC motor. In order to form a continuous rotating magnetic field, the commutation of the current flowing in the coils of each phase of the armature must be done at an appropriate time. In order to switch, the position of the rotor must be accurately recognized. Here, switching means changing the direction of current in the motor stator coil so that the rotor can rotate.

이러한 BLDC 모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자의 위치와 상 전류의 전환시점을 정밀하게 일치시켜야 하며, 이를 위해 회전자의 위치를 검출하기 위한 장치가 요구되는데, 일반적으로는 회전자의 위치 검출을 위해 홀센서(Hall sensor)나 리졸버(Resolver) 소자, 인코더(encoder)와 같은 위치검출센서를 이용하였으나, 이러한 위치검출센서는 제조 원가가 상승하고 구동회로가 복잡해지는 등의 문제가 있기 때문에 전기회로를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 방안이 모색되었다.In order to operate such a BLDC motor smoothly, the position of the rotor and the switching point of the phase current must be precisely matched, and for this purpose, a device for detecting the position of the rotor is required. In general, a device for detecting the position of the rotor is required. Position detection sensors such as Hall sensors, resolver elements, and encoders have been used, but these position detection sensors have problems such as increased manufacturing costs and complicated driving circuits, so they require electrical circuits. A method was sought to detect the position of the rotor using

그 결과로서, BLDC 모터의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 전기회로가 많이 사용되고 있으며, 이렇게 위치검출센서 대신 전기회로를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 운전모드를 센서리스 운전모드라고 한다.As a result, electric circuits that detect the position of the rotor using the back electromotive force of the BLDC motor are widely used, and the operation mode that detects the position of the rotor using an electric circuit instead of a position detection sensor is called sensorless operation mode. do.

그런데, 이와 같은 종래 BLDC 모터의 센서리스 운전제어방법은, BLDC 모터를 구동하기 위해 회전자의 위치 정보가 필수적으로 요구된다. However, this conventional sensorless operation control method of a BLDC motor essentially requires rotor position information to drive the BLDC motor.

만약 회전자 위치 정보를 모르는 상태에서 임의의 고정자 권선에 전압을 인가하게 되면 과전류가 흐르게 되고, 이로 인해 토크 맥동이 크게 발생되며, 과전류에 의한 회전자의 영구자석 감자 우려도 있다.If voltage is applied to a random stator winding without knowing the rotor position information, overcurrent will flow, causing large torque pulsations, and there is also a risk of demagnetization of the rotor's permanent magnets due to overcurrent.

그리고, BLDC 모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자 위치 검출장치가 요구되고, 이러한 회전자 위치 검출장치를 구비함에 따라 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.In addition, a rotor position detection device is required for smooth operation of a BLDC motor, and the provision of such a rotor position detection device has the problem of increasing manufacturing costs.

한국 공개특허공보 제10-2016-0056622호(공개일: 2016.05.20)Korean Patent Publication No. 10-2016-0056622 (publication date: 2016.05.20)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.The purpose of the present invention to solve the above-described problem is to forcibly align the position of the rotor during the initial operation of the BLDC motor, perform phase switching, and reduce the counter electromotive force of the phase to which no voltage is applied. The purpose of the present invention is to provide a brushless direct current motor starting control method and device using phase voltage detection, which allows operation in sensorless mode when the detection is detected and stabilized within a set value.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치는, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부; 회전자(Rotor)를 구비하는 BLDC 모터; 상기 정류부에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 공급하는 인버터; 상기 BLDC 모터에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하는 단자전압 검출부; 및 상기 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 상기 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 상기 단자전압 검출부를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.A brushless direct current motor starting control device using phase voltage detection according to the present invention to achieve the above-described object includes a rectifier that rectifies and smoothes AC power and supplies it as DC power; BLDC motor having a rotor; An inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into pulse-shaped three-phase AC power (U, V, W) with an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor; A terminal voltage detection unit that detects the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor; and forcibly align the position of the rotor, and when the alignment of the rotor is completed, perform phase switching for acceleration, and generate back electromotive force of the phase to which no voltage is applied through the terminal voltage detector. Detects and performs phase switching a certain number of times until the detected back electromotive force value is within a preset value, and includes a control unit that controls the inverter in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within a preset value. .

또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정된 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.Additionally, the control unit may determine a phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value.

그리고, 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행할 수 있다.In addition, the control unit compares the detected back electromotive force value with a preset value and performs phase switching when the detected back electromotive force value deviates from the preset value, until the detected back electromotive force value is within the preset value. Phase transition can be performed.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법은, (a) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 회전자 위치를 강제로 정렬시키는 단계; (b) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 상(phase) 전환을 수행하는 단계; (c) 단자전압 검출부가 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출하는 단계; (d) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하는 단계; 및 (e) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 단계를 포함한다.Meanwhile, the brushless direct current motor starting control method using phase voltage detection according to the present invention to achieve the above-described object includes the steps of: (a) the control unit forcibly aligning the rotor position of the BLDC motor through an inverter; (b) the control unit performing phase switching of the BLDC motor through an inverter; (c) a terminal voltage detection unit detecting back electromotive force of a phase to which no voltage is applied; (d) the control unit performing phase switching a certain number of times until the detected back electromotive force value is within a preset value; and (e) the control unit controlling the inverter in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within a preset value.

또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.Additionally, in step (d), the control unit may determine a phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value.

그리고, 상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행하게 된다.And, in step (d), the control unit compares the detected back electromotive force value with a preset value and performs a phase change if the detected back electromotive force value deviates from the preset value. Phase conversion is performed until the value is within the range.

본 발명에 의하면, 회전자 위치 검출장치 없이 역기전력을 이용한 BLDC 모터의 회전자의 위치 검출이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage that it is possible to detect the rotor position of a BLDC motor using back electromotive force without a rotor position detection device.

또한, 모터의 상전류 측정에 관한 추가적인 회로 구성이 없이 역기전력만을 이용하여 모터 회전자의 위치 검출이 가능하다.In addition, it is possible to detect the position of the motor rotor using only back electromotive force without additional circuit configuration for measuring phase current of the motor.

또한, 모터의 초기 기동 단계에서 작은 전류로 제어함으로써 기동 실패율을 줄일 수 있다.Additionally, the startup failure rate can be reduced by controlling the motor with a small current in the initial startup stage.

그리고, 회전자에 대한 정확하고 빠른 정렬을 통해 기동실패 확률을 줄일 수 있다.Additionally, the probability of startup failure can be reduced through accurate and quick alignment of the rotor.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 단자전압 검출부의 세부 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 초기 구동 시에 가변하는 전압과 주파수를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 후단부 유니폴러 PWM 패턴도이고, 도 8은 도 7의 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용할 때 브러시리스 직류모터의 단자전압 패턴도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법에서 기 설정값을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
1 is a configuration diagram showing the main configuration of a motor rotor control device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of a brushless direct current motor starting control device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a detailed configuration example of a terminal voltage detection unit applied to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of starting and controlling a brushless direct current motor using phase-to-phase voltage detection according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the voltage and frequency that change during initial driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a current waveform according to the rotor position and phase switching timing of the stator winding according to the present invention.
FIG. 7 is a rear-end unipolar PWM pattern diagram applied to the present invention, and FIG. 8 is a terminal voltage pattern diagram of a brushless DC motor when using the rear-end unipolar PWM pattern of FIG. 7.
Figure 9 is a diagram showing the process of obtaining a preset value in the brushless direct current motor starting control method using phase voltage detection according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts that are not relevant to the description are omitted, and identical or similar components are assigned the same reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only cases where it is "directly connected," but also cases where it is "electrically connected" with another element in between. . Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.

어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.When a part is referred to as being “on” another part, it may be directly on top of the other part or it may be accompanied by another part in between. In contrast, when a part is said to be "directly above" another part, it does not entail any other parts in between.

제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second, and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers, and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first part, component, region, layer or section described below may be referred to as the second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is only intended to refer to specific embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms include plural forms unless phrases clearly indicate the contrary. As used in the specification, the meaning of "comprising" refers to specifying a particular characteristic, area, integer, step, operation, element and/or ingredient, and the presence or presence of another characteristic, area, integer, step, operation, element and/or ingredient. This does not exclude addition.

"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating relative space, such as “below” and “above,” can be used to more easily describe the relationship of one part shown in the drawing to another part. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use along with the meaning intended in the drawings. For example, if the device in the drawing is turned over, some parts described as being “below” other parts will be described as being “above” other parts. Accordingly, the exemplary term “down” includes both upward and downward directions. The device can be rotated 90° or at other angles, and terms indicating relative space are interpreted accordingly.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined differently, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as those generally understood by those skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries are further interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram showing the main configuration of a brushless direct current motor starting control device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)는, BLDC 모터(110), 인버터(120), 제어부(130), 정류부(140) 및 단자전압 검출부(150)를 포함한다.Referring to Figure 1, the brushless direct current motor starting control device 100 according to the present invention includes a BLDC motor 110, an inverter 120, a control unit 130, a rectifier 140, and a terminal voltage detection unit 150. Includes.

BLDC 모터(110)는 회전자(Rotor)를 구비하고, 인버터(120)로부터 전원을 공급받아 회전자를 회전시켜 회전력을 제공한다. The BLDC motor 110 has a rotor and receives power from the inverter 120 to rotate the rotor to provide rotational force.

여기서, BLDC 모터(110)는 인덕턴스 성분을 발생시키는 코일을 3상으로 하는 권선을 갖는다. 즉, BLDC 모터는 전력을 전달하기 위한 탄소 브러쉬와 같은 절연도체가 없는 구조로서, 모터축에 자석이 있고 모터 케이스 내부 벽면에 코일이 있어, 모터가 회전하기 위한 전력의 공급이 회전하지 않는 모터 내부 벽에 부착된 코일에 공급함에 따라 브러쉬가 필요없는 것이다.Here, the BLDC motor 110 has a three-phase winding that generates an inductance component. In other words, a BLDC motor is a structure that does not have an insulating conductor such as a carbon brush to transmit power. There is a magnet on the motor shaft and a coil on the inner wall of the motor case, so the power supply for the motor to rotate is inside the non-rotating motor. There is no need for a brush as it is supplied to a coil attached to the wall.

인버터(120)는 정류부(140)에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 BLDC 모터(110)에 공급한다. 즉, 인버터(120)는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 BLDC 모터(110)에 공급한다. 이때, 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 전력용 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)가 연결된다. 즉, 인버터(120)는 3상의 스위칭 소자를 구비하는데, 예컨대, 상단의 3상 FET와 하단의 3상 FET를 구비할 수 있다.The inverter 120 converts the DC power supplied from the rectifier 140 into pulsed three-phase AC power (U, V, W) with an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor 110. That is, the inverter 120 converts direct current voltage into three-phase alternating current voltage and supplies it to the BLDC motor 110. At this time, in the inverter 120, each power switching element (Q1 to Q6) is connected to the three-phase (U, V, W) winding as shown in FIG. 2. That is, the inverter 120 may include a three-phase switching element, for example, an upper three-phase FET and a lower three-phase FET.

제어부(130)는 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 단자전압 검출부(150)를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 인버터(120)를 제어한다.The control unit 130 forcibly aligns the position of the rotor, and when the alignment of the rotor is completed, performs phase switching for acceleration, but the phase to which no voltage is applied through the terminal voltage detection unit 150 ( phase) and perform phase switching a certain number of times until the detected back electromotive force value falls within the preset value. When the detected back electromotive force value falls within the preset value, the inverter 120 is controlled in sensorless mode. do.

또한, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값을 기 설정된 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.Additionally, the control unit 130 may determine the phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value.

그리고, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 예컨대, 6회 정도로 상 전환을 수행할 수 있다.Then, the control unit 130 compares the detected back electromotive force value with the preset value, and performs a phase change if the detected back electromotive force value deviates from the preset value, until the detected back electromotive force value is within the preset value. For example, the phase change can be performed about 6 times.

정류부(140)는 AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급한다. The rectifier 140 rectifies and smoothes AC power and supplies it as DC power.

단자전압 검출부(150)는 BLDC 모터(110)에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출한다.The terminal voltage detector 150 detects the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor 110.

한편, 제어부(130)는 모터(110)의 초기 구동 시에, 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 BLDC 모터(110)에 인가되도록 인버터(120)를 제어할 수 있다.Meanwhile, when the motor 110 is initially driven, the control unit 130 applies an alignment vector that causes the rotor to rotate in the alignment direction and a zero (0) vector that reduces the rotation speed of the rotor to the BLDC motor 110. The inverter 120 can be controlled as much as possible.

또한, 제어부(130)는, 모터(110)가 정지 상태인 경우, 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 BLDC 모터(110)의 동작을 제어할 수 있다.In addition, when the motor 110 is in a stopped state, the control unit 130 performs an alignment process of moving the rotor to a predetermined specific position and a forced drive of generating a rotating magnetic field in the motor with the rotor aligned to force the motor to drive. process, and when back electromotive force is generated in a forcibly driven motor, the operation of the BLDC motor 110 can be controlled through a sensorless control process in which the position information of the rotor is obtained using the back electromotive force and the motor is controlled sensorless.

또한, 제어부(130)는, 인버터(120)의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 인버터(120)의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 제로(0) 벡터가 BLDC 모터(110)에 인가되도록 제어할 수 있다.In addition, the control unit 130 turns on all three-phase switches at the top of the inverter 120, or turns on all three-phase switches at the bottom of the inverter 120 to set zero (0). The vector can be controlled to be applied to the BLDC motor 110.

그리고, 제어부(130)는, 인버터(120)를 통해, BLDC 모터(110)에 정렬 벡터를 인가하여 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때, 제로 벡터를 BLDC 모터(110)에 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이다가, 다시 정렬 벡터를 BLDC 모터(110)에 인가하여 회전자의 회전력이 발생되도록 하며, 다시 BLDC 모터(110)에 제로 벡터를 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이도록 제어함으로써, 회전자가 정렬 위치에 멈추도록 된다.Then, the control unit 130 applies an alignment vector to the BLDC motor 110 through the inverter 120 so that the rotor rotates in the alignment direction, and applies a zero vector to the BLDC motor 110 to rotate the rotor. After reducing the speed, the alignment vector is again applied to the BLDC motor 110 to generate rotational force of the rotor, and the zero vector is again applied to the BLDC motor 110 to control the rotation speed of the rotor to be reduced. It will stop at the self-aligning position.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of a brushless direct current motor starting control device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)에서, 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 각각의 전력용 스위칭 소자 FET(Q1 ~ Q6)가 연결된다. 즉, 인버터(120)는 6 개의 스위칭 소자(Q1~Q6)와 다이오드로 구성된 통상의 스위칭 회로를 이용할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the brushless direct current motor starting control device 100 according to the present invention, the inverter 120 provides each power switching element FET (Q1 to Q6) in the three-phase (U, V, W) winding. ) is connected. That is, the inverter 120 can use a typical switching circuit consisting of six switching elements (Q1 to Q6) and a diode.

단자전압 검출부(150)는 BLDC 모터(110)에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하여 제어부(130)에 입력한다.The terminal voltage detection unit 150 detects the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor 110 and inputs it to the control unit 130.

제어부(130)는 단자전압 검출부(150)에서 검출된 각 상(U, V, W)의 단자전압에 따라 역기전력의 제로 크로싱포인트(ZCP)를 검출하여 회전자의 위치정보를 획득할 수 있다. The control unit 130 can obtain position information of the rotor by detecting the zero crossing point (ZCP) of the back electromotive force according to the terminal voltage of each phase (U, V, W) detected by the terminal voltage detection unit 150.

또한, 제어부(130)는 전압인가 시점을 제어하여 BLDC 모터(110)에 과전류가 공급되지 않도록 인버터(30)에 공급되는 PWM 신호의 패턴을 제어하는 마이크로프로세서로 구현할 수 있다.Additionally, the control unit 130 can be implemented as a microprocessor that controls the timing of voltage application and controls the pattern of the PWM signal supplied to the inverter 30 to prevent overcurrent from being supplied to the BLDC motor 110.

PWM 신호 발생부(132)는 제어부(130)의 출력에 의해 PWM 신호의 패턴을 발생하여 인버터(120)에 공급한다.The PWM signal generator 132 generates a PWM signal pattern based on the output of the control unit 130 and supplies it to the inverter 120.

이때, 인버터(120)와 BLDC 모터(110)의 3상 권선 간의 연결 라인 상에 역률보상 캐패시터(도시되지 않음)가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 역률보상 캐패시터(C)는, 인버터(120)의 출력단에 있는 3상 중 U상과 V상 간에, V상과 W상 간에, W상과 U상 간에 3 개가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 역률보상 캐패시터(C)의 용량 크기는 BLDC 모터(110)의 인덕턴스 성분의 크기와 동일하게 유지되도록 설정할 수 있다.At this time, power factor correction capacitors (not shown) may be connected in parallel on the connection lines between the three-phase windings of the inverter 120 and the BLDC motor 110. That is, three power factor correction capacitors C may be connected in parallel among the three phases at the output terminal of the inverter 120: between the U phase and the V phase, between the V phase and the W phase, and between the W phase and the U phase. Additionally, the capacity size of the power factor correction capacitor C can be set to remain the same as the size of the inductance component of the BLDC motor 110.

제어부(130)는 인버터(120)에 각각의 전력용 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)의 스위칭 구동 신호를 인가한다. 즉, 제어부(130)는 사용자의 조작에 따라 인버터(120)의 각 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)의 스위칭 동작을 제어하여 BLDC 모터(110)의 기동, 운전 및 속도를 제어하게 되며, 각 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)를 스위칭하기 위한 스위칭 구동 신호를 생성해 인버터(120)에 인가한다.The control unit 130 applies the switching drive signal of each power switching element (Q1 to Q6) to the inverter 120. That is, the control unit 130 controls the starting, operation, and speed of the BLDC motor 110 by controlling the switching operation of each switching element (Q1 to Q6) of the inverter 120 according to the user's operation, and each switching element A switching drive signal for switching (Q1 to Q6) is generated and applied to the inverter 120.

도 3은 본 발명에 적용되는 단자전압 검출부의 세부 구성 예를 나타낸 도면이다.Figure 3 is a diagram showing a detailed configuration example of a terminal voltage detection unit applied to the present invention.

도 3에서, BLDC 모터(110) 각 상(U, V, W)의 단자 전압은 저항(R1,R2)에 의해 분압되어 제어부(130)의 A/D 입력포트(134)로 입력된다. 이때 각각의 저항분배회로(R1,R2)에 의해 분압된 전압 값이 각 상 단자 전압의 A/D 입력전압 범위 내에 한정될 수 있게 A/D 입력포트(134)에 별도로 제너다이오드를 추가하기도 한다.In Figure 3, the terminal voltage of each phase (U, V, W) of the BLDC motor 110 is divided by resistors (R1, R2) and input to the A/D input port 134 of the control unit 130. At this time, a separate Zener diode may be added to the A/D input port 134 so that the voltage value divided by each resistance distribution circuit (R1, R2) can be limited within the A/D input voltage range of each phase terminal voltage. .

또한, 센서리스 운전구간에서는 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하기 위해 각 상(U, V, W)의 단자전압과 인버터 직류단 전압(V)의 절반(1/2) 값을 비교기(52)를 통해 비교한 결과를 제어부(130)의 디지털입력포트(136)로 입력한다.In addition, in the sensorless operation section, the terminal voltage of each phase (U, V, W) and half (1/2) of the inverter DC terminal voltage (V) are used to detect the zero crossing point (ZCP) of the back electromotive force from the terminal voltage of each phase. ) The result of comparing the values through the comparator 52 is input to the digital input port 136 of the control unit 130.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of starting and controlling a brushless direct current motor using phase-to-phase voltage detection according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)는, 제어부(130)가 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)의 회전자 위치를 강제로 정렬시킨다(S410).Referring to FIG. 4, in the brushless direct current motor starting control device 100 according to the present invention, the control unit 130 forcibly aligns the rotor position of the BLDC motor 110 through the inverter 120 (S410). .

즉, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)에 정렬 벡터를 인가하여 회전자를 정렬시킬 수 있다. 여기서, 정렬 벡터는 회전자를 정렬시키기 위해 회전자가 특정 방향으로 회전하도록 BLDC 모터(110)에 인가하는 정렬 전류를 의미한다. That is, the control unit 130 can apply an alignment vector to the BLDC motor 110 through the inverter 120 to align the rotor. Here, the alignment vector refers to an alignment current applied to the BLDC motor 110 so that the rotor rotates in a specific direction to align the rotor.

이어, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)의 상(phase) 전환을 수행한다(S420).Next, the control unit 130 performs phase switching of the BLDC motor 110 through the inverter 120 (S420).

즉, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 임의의 2상에 전류를 공급하여 회전자 위치를 강제로 정렬시키고, 회전자의 정렬이 완료되면 도 5에 도시된 바와 같이 BLDC 모터(110)에 인가되는 전압의 크기와 주파수를 가변하여 BLDC 모터(110)의 회전자를 일정 속도까지 가속하는 동기 가속을 실행하면서 상 전환을 수행한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 초기 구동 시에 가변하는 전압과 주파수를 나타낸 도면이다. 예를 들어, 회전자의 강제 정렬 시 U-V상 권선에 전류를 공급하였다면 U-W상으로 상 전환을 하여 U-W상 권선에 전류를 공급한다. 이때, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 고정자 권선으로부터 역기전력 검출이 가능한 속도까지 회전자의 회전속도가 도달하면, 도 5에 도시된 바와 같이 BLDC 모터(110)에 인가되는 전압의 크기를 조절하여 회전자 자계와 고정자 자계의 위상을 전환하는 것이다.That is, the control unit 130 supplies current to any two phases of the BLDC motor 110 to forcibly align the rotor position, and when the alignment of the rotor is completed, the BLDC motor 110 as shown in FIG. Phase switching is performed while performing synchronous acceleration to accelerate the rotor of the BLDC motor 110 to a certain speed by varying the magnitude and frequency of the voltage applied to the BLDC motor 110. Figure 5 is a diagram showing the voltage and frequency that change during initial driving of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention. For example, if current is supplied to the U-V phase winding when the rotor is forcibly aligned, the phase is switched to the U-W phase and current is supplied to the U-W phase winding. At this time, when the rotational speed of the rotor reaches a speed at which back electromotive force can be detected from the stator winding of the BLDC motor 110, the control unit 130 adjusts the magnitude of the voltage applied to the BLDC motor 110 as shown in FIG. 5. By adjusting it, the phases of the rotor magnetic field and the stator magnetic field are switched.

센서리스 운전모드에서는 BLDC 모터(40)를 초기 기동할 때 기동 실패율을 줄이기 위해서 BLDC 모터(40)에 인가된 부하에 적절한 전압보다 더 큰 전압을 BLDC 모터(40)에 인가한다. 따라서 BLDC 모터(40)를 동기 가속하는 구간에서는 도 6의 (a)와 같이 고정자 권선의 상 전환 타이밍이 늦은 경우가 지배적으로 발생한다. 도 6은 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도를 나타낸 도면이다. 도 6의 (a)는 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압 인가 시점이 늦은 경우로서, 역기전력과 상 전류의 위상이 서로 일치하지 않을 뿐만 아니라 상 전류의 후반부에서 상 전류의 크기가 과도하게 커지는 것을 알 수 있다.In the sensorless operation mode, when the BLDC motor 40 is initially started, a voltage greater than the voltage appropriate for the load applied to the BLDC motor 40 is applied to the BLDC motor 40 to reduce the startup failure rate. Therefore, in the section where the BLDC motor 40 is synchronously accelerated, the phase switching timing of the stator winding is delayed, as shown in (a) of FIG. 6. Figure 6 is a diagram showing a current waveform according to the rotor position and phase switching timing of the stator winding according to the present invention. Figure 6 (a) is a case in which the timing of voltage application to the stator winding relative to the rotor position is late, and not only does the phase of the back electromotive force and phase current not coincide with each other, but the size of the phase current becomes excessively large in the latter half of the phase current. You can see that

도 6의 (b)는 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압인가시점이 빠른 경우로서, 역기전력과 상 전류의 위상이 서로 일치하지 않을 뿐만 아니라 상 전류의 전반부에서 상 전류의 크기가 과도하게 커지는 것을 알 수 있다.Figure 6(b) is a case where the timing of voltage application to the stator winding relative to the rotor position is fast, and not only does the phase of the back electromotive force and phase current not coincide with each other, but the size of the phase current becomes excessively large in the first half of the phase current. You can see that

이어, 단자전압 검출부(150)는 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출한다(S430).Next, the terminal voltage detector 150 detects the back electromotive force of the phase to which no voltage is applied (S430).

이때, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다. 도 7은 본 발명에 적용되는 후단부 유니폴러 PWM 패턴도이고, 도 8은 도 7의 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용할 때 브러시리스 직류모터의 단자전압 패턴도이다. 도 8에서, 후단부 유니폴러(unipolar) PWM 패턴을 사용할 때 전압이 인가되지 않는 상(이하, OFF상이라 한다)의 역기전력(e)이 상승하는 구간에서 PWM이 OFF상태일 때 OFF상의 단자전압 V_off는 다음과 같다.At this time, the control unit 130 may determine the phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value. FIG. 7 is a rear-end unipolar PWM pattern diagram applied to the present invention, and FIG. 8 is a terminal voltage pattern diagram of a brushless DC motor when using the rear-end unipolar PWM pattern of FIG. 7. In Figure 8, when using the unipolar PWM pattern at the rear end, the terminal voltage of the OFF phase when the PWM is in the OFF state in the section where the back electromotive force (e) of the phase to which no voltage is applied (hereinafter referred to as the OFF phase) increases. V_off is as follows.

Figure 112017002867296-pat00001
Figure 112017002867296-pat00001

반면에, OFF상의 역기전력(e)이 하강하는 구간에서 V_off PWM의 ON/OFF 상태에 따라 다음과 같다.On the other hand, in the section where the back electromotive force (e) of the OFF phase falls, the ON/OFF status of V_off PWM is as follows.

Figure 112017002867296-pat00002
Figure 112017002867296-pat00002

Figure 112017002867296-pat00003
Figure 112017002867296-pat00003

여기서, V는 인버터(30) 직류단 전압 크기이다.Here, V is the voltage level of the DC terminal of the inverter 30.

역기전력(e)이 상승하는 구간에서 V_off는 역기전력(e)이 하강하는 구간에서의 V_off에 비해 작은 값을 가진다.In the section where the back electromotive force (e) rises, V_off has a smaller value than V_off in the section where the back electromotive force (e) falls.

수학식 1에 나타난 바와 같이, 0전압을 기준으로 OFF상 역기전력(e)의 1.5배에 비례함을 알 수 있다. 반면 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 V/2 또는 V를 기준으로 OFF상 단자전압에 역기전력 정보가 나타난다.As shown in Equation 1, it can be seen that it is proportional to 1.5 times the OFF-phase counter electromotive force (e) based on 0 voltage. On the other hand, in the section where the back electromotive force (e) falls, the back electromotive force information appears in the OFF-phase terminal voltage based on V/2 or V.

따라서, 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 도 3의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off값을 제어부(130)의 A/D입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하여도 A/D 입력포트(134)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호를 큰 감쇄없이 포함하고 있다.Therefore, in the section where the back electromotive force (e) increases, the values of the resistance distribution circuits (R1, R2) of FIG. 3 are adjusted so that the V_off value falls within the A/D input range of the control unit 130. Even so, the signal transmitted to the A/D input port 134 includes the back electromotive force signal included in V_off without significant attenuation.

반면, 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 도 3의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off 값을 제어부(130)의 A/D 입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하는 경우 A/D 입력포트(134)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호가 크게 감쇄된 값을 가지게 된다.On the other hand, in the section where the back electromotive force (e) decreases, the values of the resistance distribution circuits (R1, R2) of FIG. 3 are adjusted so that the V_off value falls within the A/D input range of the control unit 130. In this case, the signal transmitted to the A/D input port 134 has a greatly attenuated value of the back electromotive force signal included in V_off.

BLDC 모터(110)가 저속으로 회전할 때는 역기전력 값이 작은 값을 가진다.When the BLDC motor 110 rotates at low speed, the back electromotive force value has a small value.

따라서, 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용하는 경우 OFF상의 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 OFF상의 단자전압으로부터 비교적 정확한 역기전력 정보 검출이 가능하다. 압축기와 같이 저속에서 부하 변동이 심한 시스템에서는 OFF상의 단자전압으로부터 검출한 역기전력을 적분함으로써 비교적 정확한 상전환 시점을 구할 수 있다.Therefore, when using the rear-end unipolar PWM pattern, relatively accurate back electromotive force information can be detected from the OFF-phase terminal voltage in the section where the OFF-phase back electromotive force (e) increases. In systems with severe load fluctuations at low speeds, such as compressors, a relatively accurate phase change point can be obtained by integrating the back electromotive force detected from the terminal voltage in the OFF phase.

상 전환의 수행 시, 제어부(130)는 OFF상의 역기전력이 상승하는 구간(도 8참조)인지를 판단하여, 역기전력이 상승하는 구간이면 도 8에 도시한 바와 같이, 역기전력을 적분하여 정확한 상 전환시점을 결정할 수 있다.When performing a phase change, the control unit 130 determines whether it is a section in which the back electromotive force of the OFF phase increases (see FIG. 8), and if it is a section where the back electromotive force increases, as shown in FIG. 8, the control unit 130 integrates the back electromotive force to determine the exact phase change point. can be decided.

이어, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행한다(S440).Next, the control unit 130 performs phase switching a certain number of times until the detected back electromotive force value falls within the preset value (S440).

즉, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 예를 들면, 6회 정도로 상 전환을 수행하게 된다. 여기서, Closeloop로 속도제어를 하기 위해서는 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 찾을 수 있을 정도의 속도가 필요하므로, U상, V상, W상의 3회 만으로는 충분한 속도를 확보하기 어렵기 때문에 6회 정도로 상 전환을 수행하는 것이다.That is, the control unit 130 compares the detected back electromotive force value with the preset value, and performs phase switching when the detected back electromotive force value deviates from the preset value, until the detected back electromotive force value is within the preset value. For example, the phase change is performed approximately 6 times. Here, in order to control the speed with Closeloop, a speed sufficient to find the Zero Crossing Point is required, so it is difficult to secure sufficient speed with only 3 times on the U-phase, V-phase, and W-phase, so about 6 times. This is to perform a phase change.

그리고, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 인버터(120)를 제어한다(S450).Then, the control unit 130 controls the inverter 120 in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within a preset value (S450).

즉, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 상 전환시점이 결정되면, 현재 회전자에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 각 상의 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간인지를 검출하여 센서리스 운전모드로의 전환단계인지를 판단하고, 센서리스 전환단계가 아니면 상 전환 단계로 피드백 하여 상 전환을 수행한다.That is, when the phase switching time of the BLDC motor 110 is determined, the control unit 130 detects whether the back electromotive force detection is a stabilized section from the terminal voltage of each phase based on the frequency of the voltage currently applied to the rotor and performs sensorless operation. It determines whether it is a mode conversion stage, and if it is not a sensorless switching stage, it feeds back to the phase switching stage and performs phase switching.

여기서, 기 설정값은 도 9에 도시된 바와 같은 과정을 통해 획득한 각 상(U, V, W)의 최대 전압값과 최소 전압값이라 할 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법에서 기 설정값을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, U상, V상, W상에 대한 각 스텝(step)의 최고값과 최저값을 측정하여 그것을 기준이 되는 기 설정값으로 결정하는 것이다.Here, the preset values can be said to be the maximum and minimum voltage values of each phase (U, V, W) obtained through the process shown in FIG. 9. Figure 9 is a diagram showing the process of obtaining a preset value in the brushless direct current motor starting control method using phase voltage detection according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the highest and lowest values of each step for the U phase, V phase, and W phase are measured and determined as a standard preset value.

제어부(130)는 센서리스 전환단계이면, 상 전환을 수행하고, 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 정보를 근거로 상 전환 및 BLDC 모터(110)의 회전속도를 제어하는 센서리스 운전모드를 수행하는 것이다.In the sensorless switching stage, the control unit 130 performs phase switching, detects the zero crossing point (ZCP) of the back electromotive force from the terminal voltage of each phase, and switches the phase and BLDC motor 110 based on the zero crossing point (ZCP) information. ) is to perform a sensorless operation mode that controls the rotation speed.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치를 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, during the initial operation of the BLDC motor, the position of the rotor is forcibly aligned, then the phase is switched, and the back electromotive force of the phase to which no voltage is applied is detected to set the set value. It is possible to realize a brushless direct current motor starting control method and device using phase voltage detection that allows operation in sensorless mode when stabilization is achieved.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features, and that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. Just do it. The scope of the present invention is indicated by the claims described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

100 : 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치
110 : BLDC 모터
120 : 인버터
130 : 제어부
140 : 정류부
150 : 단자전압 검출부
100: Brushless direct current motor starting control device
110: BLDC motor
120: inverter
130: control unit
140: rectifier
150: terminal voltage detection unit

Claims (6)

AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부;
회전자(Rotor)를 구비하는 BLDC 모터;
상기 정류부에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 공급하는 인버터;
상기 BLDC 모터에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하는 단자전압 검출부; 및
상기 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 상기 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 상기 단자전압 검출부를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여 기 설정 값과 비교하고, 비교 결과 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정 값을 벗어나면 상 전환을 수행하며, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 제어부;
를 포함하는 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치.
A rectifier that rectifies and smoothes AC power and supplies it as DC power;
BLDC motor having a rotor;
An inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into pulse-shaped three-phase AC power (U, V, W) with an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor;
A terminal voltage detection unit that detects the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor; and
The position of the rotor is forcibly aligned, and when the alignment of the rotor is completed, phase switching for acceleration is performed, and the counter electromotive force of the phase to which no voltage is applied is generated through the terminal voltage detector. Detects and compares with a preset value, performs phase switching if the detected back electromotive force value deviates from the preset value as a result of the comparison, and controls the inverter in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within the preset value. control unit;
Brushless direct current motor starting control device using phase voltage detection including.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치.
According to claim 1,
The control unit determines a phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value. A brushless direct current motor starting control device using phase voltage detection.
삭제delete (a) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 회전자 위치를 강제로 정렬시키는 단계;
(b) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 상(phase) 전환을 수행하는 단계;
(c) 단자전압 검출부가 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출하는 단계;
(d) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정 값과 비교하고, 비교 결과 상기 검출된 역기전력 값이 상기 기 설정 값을 벗어나면 상 전환을 수행하는 단계; 및
(e) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 상기 기 설정 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 단계;
를 포함하는 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법.
(a) the control unit forcibly aligns the rotor position of the BLDC motor through the inverter;
(b) the control unit performing phase switching of the BLDC motor through an inverter;
(c) a terminal voltage detection unit detecting back electromotive force of a phase to which no voltage is applied;
(d) a control unit comparing the detected back electromotive force value with a preset value, and performing phase switching if the detected back electromotive force value deviates from the preset value as a result of the comparison; and
(e) a control unit controlling the inverter in sensorless mode when the detected back electromotive force value is within the preset value;
Brushless direct current motor starting control method using phase voltage detection including.
제 4 항에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법.
According to claim 4,
In step (d), the control unit determines a phase change point by comparing the detected back electromotive force value with a preset value.
삭제delete
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