KR102695849B1 - Bldc motor control device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치는, BLDC 드라이버; DC 모터 제어부의 2개의 출력선과 연결되는 입력선 A와 입력선 B; BLDC 모터에 연결되는 3개의 BLDC 모터 입력선; 6개의 트랜지스터; 를 포함하고, 6개의 트랜지스터 중 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 A 사이에 연결되고, 6개의 트랜지스터 중 나머지 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 B 사이에 연결되고, BLDC 드라이버의 6개의 제어선은 상기 6개 트랜지스터의 게이트에 연결된 것을 특징으로 한다.A BLDC motor control device according to the present invention comprises: a BLDC driver; input lines A and B connected to two output lines of a DC motor control unit; three BLDC motor input lines connected to a BLDC motor; six transistors; wherein drains and sources of three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line A, drains and sources of the remaining three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line B, and six control lines of the BLDC driver are connected to the gates of the six transistors.
Description
본 발명은 BLDC 모터 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, BLDC 모터의 회전방향과 회전속도를 제어하는 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a BLDC motor control device, and more specifically, to a control device for controlling the rotational direction and rotational speed of a BLDC motor.
종래의 일반적인 DC 모터는 브러시를 포함하고 있고, 접점의 마찰에 의한 동력 손실, 내구도 문제 등이 있었다.Conventional DC motors contain brushes and have problems such as power loss due to friction at the contact points and durability.
따라서 내구도가 필요한 경우 BLDC 모터가 많이 사용되고 있다.Therefore, BLDC motors are widely used when durability is required.
그리고 이러한 BLDC 모터는 기존의 DC 모터와의 제어방법이 다르므로, 기존의 DC 모터와는 다른 별도의 제어장치가 필요하다. And since these BLDC motors have a different control method from conventional DC motors, they require a separate control device that is different from conventional DC motors.
즉 기존의 DC 모터(브러시를 갖고 있는 모터)는 일반적으로 PWM(Pulse Width Modulation)방식으로 모터의 듀티(Duty)를 제한하는 방식으로 제어한다.In other words, conventional DC motors (motors with brushes) are generally controlled by limiting the duty of the motor using the PWM (Pulse Width Modulation) method.
그러나 BLDC 모터는 3상 제어방식으로 각 상의 시간 간격을 조절함으로써 모터의 속도를 제어하며, 별도의 드라이버를 설치하여 구동하는 방식을 사용한다. However, BLDC motors control the speed of the motor by adjusting the time interval of each phase using a three-phase control method, and use a method of driving by installing a separate driver.
특허문헌 1은 BLDC 모터와 그 BLDC 모터를 제어하는 제어장치의 예이다.Patent Document 1 is an example of a BLDC motor and a control device that controls the BLDC motor.
특허문언 1의 제어부 일체형 BLDC 모터는, BLDC 모터와 그 BLDC 모터를 제어하는 제어장치가 일체로 형성되어 있다.The control unit-integrated BLDC motor of patent document 1 comprises a BLDC motor and a control device that controls the BLDC motor formed as one unit.
그런데, 종래 일반적인 DC 모터가 설치되어 있던 곳에 BLDC 모터로 교체하기 위해서는, 제어장치 부분의 많은 변경이 필요하기 때문에 많은 비용이 든다.However, replacing a conventional DC motor with a BLDC motor requires a lot of changes to the control unit, which costs a lot of money.
따라서 교체비용이 적게 드는 BLDC 모터 제어장치가 필요하다.Therefore, a BLDC motor controller with low replacement cost is required.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 일반적인 DC 모터가 설치되어 있던 곳에 BLDC 모터로 교체할 때 교체비용이 적게 드는 BLDC 모터 제어장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a BLDC motor control device that has a low replacement cost when replacing a BLDC motor in a place where a general DC motor was installed.
이러한 문제점을 해결하기 위한, 본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치는, BLDC 드라이버; DC 모터 제어부의 2개의 출력선과 연결되는 입력선 A와 입력선 B; BLDC 모터에 연결되는 3개의 BLDC 모터 입력선; 6개의 트랜지스터; 를 포함하고, 6개의 트랜지스터 중 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 A 사이에 연결되고, 6개의 트랜지스터 중 나머지 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 B 사이에 연결되고, BLDC 드라이버의 6개의 제어선은 상기 6개 트랜지스터의 게이트에 연결된 것을 특징으로 한다.In order to solve these problems, a BLDC motor control device according to the present invention comprises: a BLDC driver; input lines A and B connected to two output lines of a DC motor control unit; three BLDC motor input lines connected to a BLDC motor; six transistors; wherein drains and sources of three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line A, drains and sources of the remaining three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line B, and six control lines of the BLDC driver are connected to the gates of the six transistors.
상기 BLDC 모터 제어장치는, BLDC 모터에 설치디는 제3개의 홀센서; 3개 홀센서와 BLDC 드라이버를 연결하는 3개의 연결선을 더 포함할 수 있다.The above BLDC motor control device may further include three Hall sensors installed on the BLDC motor; and three connection lines connecting the three Hall sensors and the BLDC driver.
본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치는, 일반적인 DC 모터가 설치되어 있던 곳에 BLDC 모터로 교체할 때 교체비용이 적게 든다.The BLDC motor control device according to the present invention has a low replacement cost when replacing a conventional DC motor with a BLDC motor.
도 1은 본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치를 포함한 전체 시스템의 구성도
도 2는 정방향 제어시의 DC 모터 제어부의 상태도
도 3은 역방향 제어시의 DC 모터 제어부의 상태도Figure 1 is a configuration diagram of the entire system including the BLDC motor control device according to the present invention.
Figure 2 is a state diagram of the DC motor control unit during forward control.
Figure 3 is a state diagram of the DC motor control unit during reverse control.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. In addition, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the described embodiments.
도 1은 본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치를 포함한 전체 시스템의 구성도이다.Figure 1 is a configuration diagram of the entire system including a BLDC motor control device according to the present invention.
도 1의 시스템은 DC 모터 제어부와 BLDC 모터 제어부로 구분할 수 있다.The system of Fig. 1 can be divided into a DC motor control unit and a BLDC motor control unit.
DC 모터 제어부와 BLDC 모터 제어부는 연결선 A, 연결선 B, 연결선 C로 연결되어 있다. 연결선 A, 연결선 B, 연결선 C는 커넥터를 이용하여 연결되도록 구현하여 연결이 용이하도록 구현할 수 있다.The DC motor control unit and the BLDC motor control unit are connected by connection lines A, B, and C. Connection lines A, B, and C can be implemented to be connected using connectors to facilitate connection.
연결선 A는 DC 모터 제어부의 출력선 A와 BLDC 모터 제어부의 입력선 A를 연결한다.Connection line A connects output line A of the DC motor control unit and input line A of the BLDC motor control unit.
연결선 B는 DC 모터 제어부의 출력선 B와 BLDC 모터 제어부의 입력선 B를 연결한다.Connection line B connects output line B of the DC motor control unit and input line B of the BLDC motor control unit.
연결선 C는 BLDC 모터 제어부의 출력선 C와 DC 모터 제어부의 입력선 C를 연결한다.Connection line C connects the output line C of the BLDC motor control unit and the input line C of the DC motor control unit.
DC 모터 제어부는 기존의 일반적인 DC 모터(브러시를 갖는 DC 모터)를 제어하는 제어부이다.The DC motor control unit is a control unit that controls a conventional DC motor (a DC motor with brushes).
DC 모터 제어부의 출력선 A 와 출력선 B를 기존의 일반적인 DC 모터(브러시를 갖는 DC 모터)에 연결하면, DC 모터를 회전시킬 수 있다. DC 모터의 회전 방향과 회전 속도는 DCU(Brush DC Motor DCU)(브러시 DC 모터 DCU)에서 출력하는 4개의 출력신호가 4개의 모스펫(MOSFET)을 제어하여, 출력선 A와 출력선 B의 전압을 조정하여 제어할 수 있다.If the output lines A and B of the DC motor control unit are connected to a conventional DC motor (a brushed DC motor), the DC motor can be rotated. The rotation direction and rotation speed of the DC motor can be controlled by controlling four MOSFETs with four output signals output from the DCU (Brush DC Motor DCU), thereby adjusting the voltage of output lines A and B.
그 과정을 도 2와 도 3을 통하여 설명하면 다음과 같다.The process is explained as follows through Figures 2 and 3.
도 2는 정방향 제어시의 DC 모터 제어부의 상태도이고, 도 3은 역방향 제어시의 DC 모터 제어부의 상태도이다.Figure 2 is a state diagram of the DC motor control unit during forward control, and Figure 3 is a state diagram of the DC motor control unit during reverse control.
N 채널 MOSFET은 게이트(G) 입력이 High(1)일 때 드레인(D)과 소스(S) 사이에 전류가 흐를 수 있고, P 채널 MOSFET은 게이트(G) 입력이 Low(0)일 때 드레인(D)과 소스(S) 사이에 전류가 흐를 수 있다.An N-channel MOSFET can allow current to flow between the drain (D) and the source (S) when the gate (G) input is High (1), and a P-channel MOSFET can allow current to flow between the drain (D) and the source (S) when the gate (G) input is Low (0).
따라서 도 2와 같이, PWM_A, PWM_B, PWM_C, PWM_D의 값이 각각 1, 1, 0, 0 이면, PWM_A, PWM_D가 연결된 MOSFET은 전류를 흐르지 못하게 하고, PWM_B, PWM_C가 연결된 MOSFET은 전류를 흐르게 한다. 따라서 출력선 A 와 출력선 B의 값은 각각 Low(0)와 High(1)가 된다.Therefore, as shown in Fig. 2, if the values of PWM_A, PWM_B, PWM_C, and PWM_D are 1, 1, 0, and 0, respectively, the MOSFETs connected to PWM_A and PWM_D do not allow current to flow, and the MOSFETs connected to PWM_B and PWM_C allow current to flow. Accordingly, the values of output lines A and B become Low (0) and High (1), respectively.
또한 도 3과 같이, PWM_A, PWM_B, PWM_C, PWM_D의 값이 각각 0, 0, 1, 1 이면, PWM_A, PWM_D가 연결된 MOSFET은 전류를 흐르게 하고, PWM_B, PWM_C가 연결된 MOSFET은 전류를 흐르지 못하게 한다. 따라서 출력선 A 와 출력선 B의 값은 각각 High(1)과 Low(0)가 된다.Also, as shown in Fig. 3, if the values of PWM_A, PWM_B, PWM_C, and PWM_D are 0, 0, 1, and 1, respectively, the MOSFETs connected to PWM_A and PWM_D allow current to flow, and the MOSFETs connected to PWM_B and PWM_C do not allow current to flow. Therefore, the values of output lines A and B become High (1) and Low (0), respectively.
그러므로, 정방향과 역방향 제어시의 브러시 DC 모터 DCU의 출력값과 출력선 A, 출력선 B의 값은 다음과 같다.Therefore, the output values of the brush DC motor DCU and the values of output line A and output line B during forward and reverse control are as follows.
따라서 출력선 A 와 출력선 B에 DC 모터를 연결하면 DC 모터의 회전방향을 제어할 수 있다. DC 모터의 속도는 VBUS 의 전압 크기와 출력선 A, 출력선 B의 듀티 레잇(Duty Rate)을 조정하여 제어할 수 있다.Therefore, if a DC motor is connected to output lines A and B, the rotation direction of the DC motor can be controlled. The speed of the DC motor can be controlled by adjusting the voltage size of V BUS and the duty rate of output lines A and B.
본 발명의 BLDC 모터 제어장치는, 도 1에서 DC 모터 제어부와 BLDC 모터를 제외한 부분이다. 즉 BLDC 모터 제어부에서 BLDC 모터를 제외한 부분이다.The BLDC motor control device of the present invention is a part excluding the DC motor control unit and the BLDC motor in Fig. 1. That is, it is a part excluding the BLDC motor from the BLDC motor control unit.
본 발명에 의한 BLDC 모터 제어장치는, BLDC 드라이버, DC 모터 제어부의 2개의 출력선과 연결되는 입력선 A와 입력선 B, BLDC 모터에 연결되는 3개의 BLDC 모터 입력선, 6개의 트랜지스터를 포함한다.A BLDC motor control device according to the present invention includes a BLDC driver, input lines A and B connected to two output lines of a DC motor control unit, three BLDC motor input lines connected to a BLDC motor, and six transistors.
그리고 도 1에서와 같이, 6개의 트랜지스터 중 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 A 사이에 연결되고, 6개의 트랜지스터 중 나머지 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 B 사이에 연결되고, BLDC 드라이버의 6개의 제어선은 상기 6개 트랜지스터의 게이트에 연결된다.And as in Fig. 1, the drains and sources of three of the six transistors are connected between three BLDC motor input lines and input line A, the drains and sources of the remaining three of the six transistors are connected between three BLDC motor input lines and input line B, and the six control lines of the BLDC driver are connected to the gates of the six transistors.
도 1에서의 6개의 트랜지스터는 BLDC 드라이버(Driver)의 6개의 제어선의 입력값에 따라 게이터에 가해지는 입력값이 달라져서 드레인와 소스 사이에 전류를 흐르게 할지 말지를 결정할 수 있다. 따라서 BLDC 모터를 제어할 수 있게 된다.The six transistors in Fig. 1 can determine whether or not to allow current to flow between the drain and the source by changing the input value applied to the gate according to the input value of the six control lines of the BLDC driver. Therefore, the BLDC motor can be controlled.
BLDC 모터의 3개의 입력선을 6개의 트랜지스터에 연결하고 BLDC 드라이버가 6개의 트랜지스터를 제어하여 BLDC 모터를 제어하는 기술은 공지된 것이므로, 자세한 설명은 생략한다.The technology of connecting three input lines of a BLDC motor to six transistors and having a BLDC driver control the six transistors to control the BLDC motor is well known, so a detailed description is omitted.
도 1에서, 입력선 A와 입력선 B에 입력되는 전압의 방향을 조정하여 BLDC 모터의 회전 방향을 제어할 수 있다. 또한 입력선 A와 입력선 B에 입력되는 전압의 크기와 듀티 레잇(Duty Rate)을 조정하여 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다.In Fig. 1, the rotation direction of the BLDC motor can be controlled by adjusting the direction of the voltage input to input lines A and B. In addition, the rotation speed of the motor can be controlled by adjusting the magnitude and duty rate of the voltage input to input lines A and B.
그렇게 되기 위해서는 상기 6개 트랜지스터는 드레인과 소소의 연결 위치가 바뀌어도 게이트에 가해지는 전압에 의해 전류의 흐름을 제어할 수 있는 MOSFET 트랜지스터야 한다. 또한 상기 6개 트랜지스터는 MOSFET 트랜지스터 외의 다른 트랜지스터로 대체될 수도 있으나, 전류의 방향이 바뀌어도 제어전극에 가해지는 전압에 의해 전류의 흐름을 제어할 수 있는 트랜지스터야 한다.In order to do so, the above six transistors must be MOSFET transistors that can control the flow of current by the voltage applied to the gate even if the connection positions of the drain and source are switched. In addition, the above six transistors may be replaced with transistors other than MOSFET transistors, but they must be transistors that can control the flow of current by the voltage applied to the control electrode even if the direction of the current is switched.
도 1의 시스템이 열차 출입문의 BLDC 모터에 이용된다면, 출입문의 열림 동작시의 모터 구동방법은 다음과 같다.If the system of Fig. 1 is used for a BLDC motor of a train door, the method of driving the motor when the door is opened is as follows.
(1) 출입문의 열림 로직인 가속-등속-감속행정의 전체 열림 프로세스는 기존의 DC Motor 제어부의 전원 출력은 정방향의 속도 프로세스를 유지하며 BLDC의 입력 전원으로 사용한다.(1) The entire opening process of the door opening logic of acceleration-constant speed-deceleration stroke uses the power output of the existing DC motor control unit to maintain the forward speed process and is used as the input power of the BLDC.
(2) 이 때의 PWM의 Duty Level은 속도에 따라 가변을 유지한다.(2) At this time, the duty level of PWM remains variable depending on the speed.
(3) BLDC Motor 제어부의 전원 입력은 DC Motor 제어부의 출력 전원을 입력 전원으로 사용하며 입력된 DC 전원으로 위상을 분리하여 각 상을 제어한다.(3) The power input of the BLDC motor control unit uses the output power of the DC motor control unit as the input power, and separates the phases with the input DC power to control each phase.
(4) BLDC Motor의 Duty Level은 BLDC Driver를 통해 제어한다.(4) The duty level of the BLDC motor is controlled through the BLDC driver.
또한 출입문 닫힘 동작시의 모터 구동방법은 다음과 같다.In addition, the motor driving method when the door is closed is as follows.
(1) 출입문의 닫힘 로직인 가속-등속-감속의 전체 닫힘 프로세스는 기존의 DC Motor 제어부의 전원 출력은 역방향의 속도 프로세스를 유지하며 BLDC의 입력 전원으로 사용한다.(1) The entire closing process of acceleration-constant speed-deceleration, which is the closing logic of the door, uses the power output of the existing DC motor control unit to maintain the reverse speed process and as the input power of the BLDC.
(2) 이 때의 PWM의 Duty Level은 속도에 따라 가변을 유지한다.(2) At this time, the duty level of PWM remains variable depending on the speed.
(3) BLDC Motor 제어부의 전원 입력은 DC Motor 제어부의 출력 전원을 입력 전원으로 사용하며 입력된 DC 전원으로 위상을 분리하여 각 상을 제어한다.(3) The power input of the BLDC motor control unit uses the output power of the DC motor control unit as the input power, and separates the phases with the input DC power to control each phase.
(4) BLDC Motor의 Duty Level은 BLDC Driver를 통해 제어한다.(4) The duty level of the BLDC motor is controlled through the BLDC driver.
또한 BLDC 모터에는 3개의 홀센서를 설치하고, 3개의 홀센서의 측정값( H_a, H_b, H_c 또는 H_a,b,c 로 표시할 수 있음)을 BLDC 드라이버로 전송할 수 있다. 또한 BLDC 드라이버는 그 측정값을 연결선 C를 통해 브러시 DC 모터 DCU로 전송할 수 있다.In addition, three Hall sensors can be installed in the BLDC motor, and the measurement values of the three Hall sensors (which can be expressed as H_a, H_b, H_c or H_a,b,c) can be transmitted to the BLDC driver. In addition, the BLDC driver can transmit the measurement values to the brush DC motor DCU through the connection line C.
본 발명의 BLDC 모터 제어장치는 기존 DC모터의 제어에 사용되는 DCU를 수정하지 않고 BLDC 모터로 교체할 수 있도록 함으로써, 교체 비용이 줄어들고 유지 보수의 효율이 높아진다.The BLDC motor control device of the present invention enables replacement of a DCU used for controlling an existing DC motor with a BLDC motor without modifying the DCU, thereby reducing replacement costs and increasing maintenance efficiency.
Claims (2)
BLDC 드라이버;
DC 모터 제어부의 2개의 출력선과 연결되는 입력선 A와 입력선 B;
BLDC 모터에 연결되는 3개의 BLDC 모터 입력선;
6개의 트랜지스터;
를 포함하고,
6개의 트랜지스터 중 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 A 사이에 연결되고, 6개의 트랜지스터 중 나머지 3개의 트랜지스터의 드레인과 소스는 3개의 BLDC 모터 입력선과 입력선 B 사이에 연결되고,
BLDC 드라이버의 6개의 제어선은 상기 6개 트랜지스터의 게이트에 연결되고,
DC 모터 제어부의 2개의 출력선의 전압 출력이 반전되면, 입력선 A와 입력선 B의 전압의 전압이 반전되고 상기 6개의 트랜지스터의 드레인과 소스에 가해지는 전압의 방향이 반전되어 BLDC 모터의 회전방향이 반전되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터 제어장치.
DC motor control unit;
BLDC driver;
Input lines A and B connected to the two output lines of the DC motor control unit;
3 BLDC motor input lines connecting to the BLDC motor;
6 transistors;
Including,
The drains and sources of three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line A, and the drains and sources of the remaining three of the six transistors are connected between the three BLDC motor input lines and input line B.
The six control lines of the BLDC driver are connected to the gates of the six transistors.
A BLDC motor control device characterized in that when the voltage outputs of two output lines of a DC motor control unit are reversed, the voltages of input lines A and input lines B are reversed, and the direction of the voltages applied to the drains and sources of the six transistors is reversed, so that the rotation direction of the BLDC motor is reversed.
BLDC 모터에 설치되는 제3개의 홀센서;
3개 홀센서와 BLDC 드라이버를 연결하는 3개의 연결선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터 제어장치.In claim 1,
Third Hall sensor installed on the BLDC motor;
A BLDC motor control device characterized by further including three connection lines connecting three Hall sensors and a BLDC driver.
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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