KR19980015318A

KR19980015318A - 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동방법 및 장치

Info

Publication number: KR19980015318A
Application number: KR1019960034602A
Authority: KR
Inventors: 염관호; 조관열; 김학원
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 1998-05-25

Abstract

본 발명은 냉장고, 세탁기, 에어컨 등의 가전기기에 널리 사용되는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동에 관한 것으로, 전동기의 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역기전력을 검출하고 이 역기전력으로 부터 위치를 판단하여 출력하는 펄스폭 변조 제어신호를 기준으로 이 펄스폭 변조 제어신호와 동기하여 전동기의 위치를 판단하여 그에 따라 구동시점을 결정하는 제어를 수행함으로써 정확한 위치정보를 획득하여 구동제어의 정확성을 높일 수 있는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

센서리스 비엘디씨 전동기의 구동방법 및 장치

본 발명은 냉장고, 세탁기, 에어컨 등의 가전기기에 널리 사용되는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동에 관한 것으로, 특히 전동기의 역기전력을 검출하고 이 역기전력으로 부터 위치를 판단하여 출력하는 펄스폭 변조(이하, pwm) 제어신호로 부터 전동기의 위치를 판단하여 그에 따라 구동제어를 수행하는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래 전동기 구동장치의 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 교류 입력전원(AC)을 입력받아 정류 및 평활하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)에서 정류, 평활된 직류전압을 인가받아 구동신호(ds)에 의해 3상 전원을 출력하는 인버터(2)와, 이 인버터(2)로 부터 변환된 3상전원을 인가받는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 동작하는 회전자로 이루어지는 전동기(3)와, 홀 센서 또는 엔코더 등으로 이루어져 상기 전동기(3) 회전자의 위치를 감지하는 위치검출부(4)와, 이 위치검출부(4)의 검출결과로 부터 상기 인버터(2)의 스위칭을 결정하는 제어신호(cs)를 출력하는 제어부(5)와, 이 제어부(5)의 제어신호(cs)의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)로 구동신호(ds)를 인가하는 구동부(6)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 구동장치의 동작은 다음과 같다.

정류부(1)는 입력전원(AC)을 정류, 평활하여 직류로 변환하여 인버터(2)로 전달하는 한편, 인버터(2)는 구동부(2)로 부터의 구동신호(ds)에 의해 도통되어 변환된 3상전압을 전동기(3)에 인가한다.

이에 따라 전동기(3)가 회전하고 홀센서 또는 엔코더 등으로 이루어지는 위치검출부(4)에서 상기 전동기(3)의 위치를 검출하여 그에 따른 전압값을 출력하며 제어부(5)에서는 상기 전압값으로 전동기의 속도를 산출하여 기 설정된 기준속도와 비교함으로써 원하는 속도로 전동기(3)가 회전될 수 있게 하는 제어신호(cs)를 출력하고, 구동부(6)는 상기 제어신호(cs)의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)로 공급한다.

그러나, 이와같이 동작하는 종래 장치는 상기 홀 센서 또는 엔코더 등의 검출소자를 사용함으로 인해 전동기의 정확한 위치를 검출할 수는 있으나, 상기 검출소자가 설치되는 위치가 고온이나 극 저온상태에서는 동작의 신뢰성이 확보되지 않으며, 또한 검출소자로 인한 공간으로 전동기의 크기가 증가함과 아울러 제작시 센서를 연결하는 공정의 증가 및 비용상승등의 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 전동기의 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역기전력을 검출하고 이 역기전력으로부터 위치를 판단하여 출력하는 pwm 제어신호를 기준으로 이 pwm 제어신호와 동기하여 전동기의 위치를 판단하여 그에 따라 구동제어를 수행함으로써 정확한 위치정보를 획득하여 그에 따른 구동제어의 정확성을 높일 수 있는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래 전동기 구동장치의 구성도.

도 2는 본 발명 센서리스 비엘디씨 전동기 구동장치의 구성도.

도 3은 도 2의 위치검출부(40)의 입출력 타이밍 도로서,

도 3a는 u상의 역기전력의 파형도이며,

도 3b는 위치검출부(40)의 출력신호(ps)를 나타낸 도.

도 4는 도 2의 제어부(5)의 출력파형도.

도 5는 도 2의 구동부(6)의 구동신호(ds)의 파형도.

도 6는 상기 도 3의 위치구간에서 역기전력이 기준전압보다 크게되는 구간의 상세 파형도.

도 7은 상기 제어부(5)의 동작 타이밍도.

도 8은 본 발명 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동 방법의 동작 흐름도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 정류부2 : 인버터

3 : 전동기40 : 위치검출부

5 : 제어부6 : 구동부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 센서리스 비엘디씨 전동기의 위치검출방법은 전동기 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역지전력과 위치검출수단 내부에 기설정된 기준전압을 비교함으로써 발생하는 새로운 전압의 상태는 36도의 전기각을 검출상태에 따라 6개의 구간으로 구분하며 이를 전제로 하여, 펄스폭 변조 제어신호와 동기하여 그 펄스폭 변조 제어신호의 펄스폭 보다 작은 펄스폭에 해당하는 시간을 타이머에 세팅함과 아울러 이 타이머의 카운팅을 개시하는 제1단계와, 상기 타이머의 카운팅이 완료되면 현재 전동기 회전자의 위치가 6 구간에서 어떤 구간에 위치하는가를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 판단결과 해당되는 구간에 따른 입력신호를 읽음과 동시에 구간이 시작하는 시점으로부터 카운팅을 시작하는 제3단계와, 위치신호가 발생하면 상기 카운팅을 완료하고 완료시간이 전기각으로 30도에 해당하면 이 완료시간을 새로운 타이머에 입력하고, 완료시간이 전기각으로 30도 보다 적으면 새로운 타이머에 상기 완료시간보다 소정시간이 작은 시간을 입력하고, 완료 시간이 전기각으로 30도 보다 많으면 새로운 타이머에 상기 완료시간보다 소정시간이 많은 시간을 입력함과 아울러 그 타이머의 카운트를 시작하는 제 4단계와, 상기 제 4단계의 카운팅이 완료되면 다음 파형을 출력하고 위치구간을 증가하는 제5단계로 이루어진다.

이와같이 이루어지는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 본 발명 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동장치는 도 2에 도시한 바와 같이, 교류 입력전원(AC)을 입력받아 정류 및 평활하는 정류부(1)와, 상기 정류부(1)에서 정류, 평활된 직류전압을 인가받아 구동신호(ds)에 의해 3상 전원을 출력하는 인버터(2)와, 이 인버터(2)로부터 변환된 3상전원을 인가받는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 동작하는 회전자로 이루어지는 전동기(3)와, 상기 전동기(3) 회전자에 의한 역기전력을 입력받고 이와 기준 전압(1/2Vdc)을 비교하여 그에 따른 전압을 출력하는 위치검출부(40)와, 상기 위치검출부(40)의 출력전압으로 부터 기 프로그램된 제어로직에 따라 전동기의 현재 위치를 판단하여 그에 따라 상기 인버터(2)의 스위칭을 결정하는 제어신호(cs)를 출력함과 아울러 pwm을 알리는 pwm 제어신호(Spwm)을 출력하고 이 pwm 제어신호(Spwm)를 인터럽트 입력단자(INT)로 입력받아 이 pwm 제어신호(Spwm)와 동기하여 전동기의 현재 위치를 판단하는 제어부(5)와, 상기 pwm제어신호(Spwm)에 따라 상기 제어신호(cs)의 레벨을 변환하여 상기 인버터(2)로 구동신호(ds)를 인가하는 구동부(6)로 구성한다.

이하, 본 발명의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

입력전원(AC)은 정류부(1)에서 정류, 평활되어 직류로 변환되어 인버터(2)로 전달되며, 인버터(2) 구동부(2)로 부터의 구동신호(ds)에 의해 상기 정류부(1)에서 입력되는 직류전압을 3상전압으로 변환하여 전동기(3)에 인가한다.

이에 따라 전동기(3) 고정자에서 회전자계가 발생하여 회전자가 회전하며 이 회전자의 회전에 의해 역기전력이 발생하고 이에 따라 위치검출부(40)는 도 3a와 같은 u상의 역기전력 및 v,w상의 역기전력을 입력받아 이를 기준전압(1/2Vdc)과 비교하여 도 3b와 같이 3상(u,v,w)에 대한 각각의 역기전력이 기준전압(1/2Vdc)보다 클때 하이상태의 위치신호(ps)를 제어부(5)로 출력하고, 제어부(5)에서는 기 프로그램된 제어로직에 따라 상기 위치신호(ps)로부터 전동기(3) 회전자의 위치를 판단한 후 도 4와 같이 제어신호(cs) 및 pwm 제어신호(Spwm)를 출력하는데, 이때 이 pwm 제어 신호(Spwm)는 다시 제어부(5)의 입력단자(INT)로 입력되며 이 궤환된 pwm 제어신호(Spwm)와 동기하여 전동기(3)의 회전자의 위치를 판단하게 된다.

또한, 구동부(6)에서는 상기 제어신호(cs)의 레벨을 증폭하여 도 5의 구동신호(ds)를 인버터(2)에 공급함으로써 변환된 3상 전원(u,v,w)이 전동기(3)에 전달되며 이 3상 전원(u,v,w)에 의해 전동기의 고정자에서 회전자계가 발생하여 회전자가 회전하게 된다.

제어부(5)에서 상기 위치신호(ps)를 입력받아 상기 pwm 제어신호(Spwm)와 동기하여 전동기의 위치를 판단하는 과정을 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.

도 7의 첫번째 파형과 같은 주기 T와 듀티 t1인 pwm제어신호(Spwm)가 제어부(5)에서 출력됨과 아울러 입력단자(INT)로 입력된다.

이때, 제어부(5)는 도 7의 두번째 파형과 같이 상기 pwm 제어신호(Spwm)의 1/2 만큼의 시간을 타이머A(도면 미도시)에 저장함과 동시에 이 타이머A가 카운트를 시작한다.

타이머A의 카운트가 완료되면, 즉 1/2*t1 시간에 이르면 상기 도 3의 세번째 파형과 같이 위치신호(ps)의 6개의 구간중에 현재 진동기 회전자의 위치에 해당되는 구간을 판단한 후 샘플링을 시작한다.

위치구간이 I로 판단되면 입력되는 도 3b의 3상의 신호 중에 u상의 신호를 읽는다. 이때, 이 u상 신호의 논리값이 로우상태이면 리턴(RET)하고, 하이상태이면 위치검출로 판단하여 새로운 카운터B(도면 미도시)의 카운트를 시작한다.

도 6은 상기 도 3의 위치구간에서 역기전력이 기준전압보다 크게 되는 구간의 상세파형도로서 카운트 시작시점은 프리휠링 시점이며 이후 위치신호가 발생하였을 때카운트가 완료된다.

완료시간이 전기각으로 30도에 해당하면 전동기 회전자의 위치를 정상으로 판단하여 다음 파형을 출력하는 시간을 계산하기 위하여 타이머C(도면 미도시)에 전기각 30도에 해당하는 시간을 입력하고, 상기 완료시간이 전기각으로 30도 보다 작으면 전동기 회전자의 위치가 앞선 위치에 있으므로 구동상태를 지상으로 판단하여 상기 타이머 C에 30도 보다 약간 작은 27도 정도에 해당하는 시간을 입력하고, 반대로 상기 완료시간이 전기각으로 30도 보다 크면 전동기 회전자의 위치가 양각 뒤진 위치에 있으므로 구동상태를 진상으로 판단하여 상기 타이머C에 30도 보다 약 간 큰 33도 정도에 해당되는 시간을 입력함으로써 위상보정을 한다.

이후, 타이머C가 완료되면 다음 파형을 출력하고 위치구간을 한 구간 증가시킨다.

본 발명은 전동기의 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역기전력을 검출하고 이 역기전력과 기준전압을 비교하여 위치를 검출하는데 있어서, pwm제어신호와 동기하여 전동기의 위치를 검출하고 그에따라 위상을 보정하는 제어를 수행함으로써, 정확한 위치검출이 가능하게 되어 그에 따라 전동기의 구동의 정확성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

전동기 회전자에 의해 고정자에서 발생하는 역기전력과 위치검출수단 내부에 기 설정된 기준전압을 비교함으로써 발생되는 새로운 전압의 상태는 360도의 전기각을 검출상태에 따라 6개의 구간으로 구분하며 이를 전제로 하여, 펄스폭 변조 제어신호와 동기하여 그 펄스폭 변조 제어신호의 펄스폭 보다 작은 펄스폭에 해당하는 시간을 타이머에 세팅함과 아울러 이 타이머의 카운팅을 개시하는 제1단계와, 상기 타임머의 카운팅이 완료되면 현재 전동기 회전자의 위치가 6구간에서 어떤 구간에 위치하는가를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 판단결과 해당되는 구간에 따른 입력신호를 읽음과 동시에 구간이 시작하는 시점부터 카운팅을 시작하는 제3단계와, 위치신호가 발생하면 상기 카운팅을 완료하고 완료시간이 전기각으로 30도에 해당하면 이 완료시간을 새로운 타이머에 입력하고, 완료시간이 전기각으로 30도 보다 적으면 새로운 타이머에 상기 완료시간보다 소정시간이 작은 시간을 입력하고, 완료 시간이 전기각으로 30도 보다 많으면 새로운 타이머에 상기 완료시간보다 소정시간이 많은 시간을 입력함과 아울러 그 타이머의 카운트를 시작하는 제4단계와, 상기 제4단계의 카운팅이 완료되면 다음 파형을 출력하고 위치구간을 증가하는 제5단계로 이루어 짐을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동방법.
교류 입력전원을 입력받아 정류 및 평활하는 정류부와, 상기 정류부에서 정류, 평활된 직류 전압을 인가받아 구동신호에 의해 3상 전원을 출력하는 인버터와, 이 인버터로부터 변환된 3상전원을 인가받는 고정자와 이 고정자의 회전자계에 의해 동작하는 회전자로 이루어지는 전동기와, 상기 전동기 회전자에 의한 역기전력을 입력받고 이와 소정의 기준전압을 비교하여 그에 따른 전압을 출력하는 위치검출부와, 상기 위치검출부의 출력전압으로 부터 기 프로그램된 제어로직에 따라 전동기의 현재 위치를 판단하여 그에 따라 상기 인버터의 스위칭을 결정하는 제어신호를 출력함과 아울러 펄스폭 변조를 알리는 펄스폭 변조 제어신호를 출력하고 이 펄스폭 변조 제언 신호를 궤환 입력받아 이와 동기하여 전동기의 현재 위치를 판단하는 제어부와, 상기 펄스폭 변조 제어신호에 따라 상기 제어신호의 레벨을 변환하여 상기 인버터로 구동신호를 인가하는 구동부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 센서리스 비엘디씨 전동기의 구동장치.