KR19990075671A - 오픈루프 구간의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 오픈루프 구간에서 모터의 회전속도를 설정속도에 근접시키는 모터의 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 모터의 회전속도를 설정속도에 근접시키기 위하여 모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 정격전압을 설정하는 단계와, 전원의 전압레벨을 감지하는 단계와, 정격전압을 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계와, 전압비를 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계, 그리고 보정된 듀티비와 전원의 전압레벨을 갖는 PWM파형을 모터 고정자의 각 상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어진 것이 특징이다.

Description

오픈루프 구간의 제어방법

본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 제어방법에 관한 것으로서, 특히 역기전력이 감지되지 않는 오픈루프 구간의 제어방법에 관한 것이다.

BLDC 모터는 냉장고와 공기조화기 등 가전제품 뿐만 아니라, 플로피디스크드라이버 같은 정보처리기기에 이르기까지 폭넓은 분야에서 사용되는 기기이다. BLDC모터의 그 회전속도와 회전자의 위치 등을 검출하기 위해 별도의 검지장치가 설치되어 있다. 그런데, 이 검지장치가 설치되지 않은 BLDC 모터를 센서리스 BLDC모터라고 한다.

일반적인 센서리스 BLDC 모터는 도 1에 나타낸 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 그리고, 이러한 모터의 구동방법은 다음과 같다. 먼저, 모터의 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시킨다. 하이(High Phase) 전압은 코일에 정전압(positive voltage)이 인가되는 것이고, 로(Low Phase) 전압은 코일에 부전압(negative voltage)이 인가되는 것이며, 오픈(Open Phase) 전압은 코일에 전압이 차단되는 것이다.

그리고, 도 1에 나타낸 BLDC 모터의 개략적인 구동회로는 도 2에 나타낸 것과 같다. 전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 스위칭소자구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위칭소자(50)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압에 의해 모터(10)의 권선(도 1의 11, 12, 13)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도 1의 14)가 회전하게 된다. 모터의 회전자가 회전함으로써 압축기(도면미도시)가 구동된다.

모터 회전자의 회전에 따라 권선에는 역기전력이 출력되는데, 역기전력 검지부(80)는 이러한 역기전력을 검출하여 마이콤(60)으로 인가한다. 이 역기전력의 검출에 따라 마이콤(60)은 모터가 정확하게 동작되도록 스위칭소자구동부(40)를 제어한다. 또, 마이콤(60)은 스위칭소자(50)로부터 전류를 검지하는 과전류검지부(70)로부터 모터에 인가되는 전류값을 인가받고, 전원부(20)의 전압을 검지하는 전압검지부(30)로부터 마이콤에 인가되는 전압을 검지하여 지나치게 높은 전압 혹은, 전류가 모터에 인가되면, 전원부의 전원을 차단시킴으로써, 모터의 안정적인 동작을 도모한다.

이 때, 모터는 회전시 도 3에 나타낸 것과 같은 역기전력이 발생한다. 도 3는 모터의 각 코일에서 일어나는 역기전력과, 역기전력의 제로교차점신호의 파형, 및 각 코일에 인가되는 3상 전압의 파형을 나타낸 것이다.

모터를 제어하는 마이컴은 이 역기전력이 공통점의 제로 위상과 교차할 때마다 반전되는 역기전력의 제로교차점신호(zero-EMF)를 생성하고, 이 제로교차점신호에 따라 각 코일에 전압을 인가한다. 이 제로교차점신호는 역기전력신호의 제로교차점(zero cross)을 의미하고, 그 주기는 모터의 회전속도에 따라 달라진다.

모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등, 세 구간으로 나눌 수 있다. 초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 미리 설정된 위치로 회전자를 이동시키는 구간이고, 오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 저속구간이며, 크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간이다.

그런데, 상술한 종래의 모터구동방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

모터에 인가되는 전압은 도 4에 나타낸 것과 같은 PWM 전압이다. 종래의 모터구동방법은 오픈루프 구간에서 이 PWM의 듀티비가 전원전압의 레벨(level)에 상관없이 항상 일정하다. 그로 인해, 도 5에 나타낸 것과 같이 오픈루프 구간에서 전원전압의 레벨이 상승하면, 모터는 모터의 구동회로에서 설정된 모터속도(V)보다 더 빨라진다. 그리고, 마찬가지로 오픈루프 구간에서 전원전압의 레벨이 하강하면, 모터는 모터의 구동회로에서 설정된 모터속도보다 더 느려진다. 따라서, 종래의 모터구동방법은 오픈루프 구간에서 모터를 원활하게 구동시킬 수 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 오픈루프 구간에서 전원전압의 레벨에 관계없이 모터의 회전속도를 항상 설정속도에 근접하도록 유지시키는 데에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 BLDC 모터의 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 상기 도 1의 BLDC 모터의 구동회로를 기능별로 도시한 블록도.

도 3은 상기 도 1과 도 2에 도시한 BLDC모터의 각 권선에서 발생되는 역기전력의 파형을 도시한 그래프.

도 4는 상기 도 1과 도 2에 도시한 BLDC 모터의 각 권선에 인가되는 PWM 전압의 파형을 도시한 그래프.

도 5는 상기 도 4에 도시한 PWM 파형이 전원장치의 전압레벨에 따라 변동되어 모터의 회전속도가 설정속도와 달라짐을 도시한 그래프.

도 6은 본 발명의 구동원리를 도시한 흐름도.

도 7은 상기 도 6에 의해 변환된 PWM의 듀티비를 나타낸 파형도.

도 8은 상기 도 6에 도시된 흐름도에 의해 전원장치의 전압레벨에 상관없이 모터의 회전속도가 설정속도에 근접함을 도시한 그래프.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

Vs : 전원전압 Vp : 정격전압

V1, V2 : 모터의 실제회전속도 D : 듀티비

D' : 보정된 듀티비 s1, s2, s3, s4 : 모터의 구동단계

본 발명의 오픈루프구간의 제어방법은 모터의 전원전압을 감지하여 모터의 전원전압의 변동에 따라 PWM 전압의 듀티비를 변동시킴으로써, 모터에 일정한 전압이 인가되도록 하는 것이 특징이다.

이러한 특징을 갖는 본 발명의 오픈루프구간 제어방법은 모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 정격전압을 설정하는 단계(s1)와, 전원의 전압레벨을 감지하는 단계(s2)와, 정격전압과 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계(s3)와, 그 전압비를 기설정된 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계(s4), 그리고 전원전압의 레벨을 갖고 보정된 듀티비를 갖는 PWM전압을 모터의 각 상에 인가하는 단계(s5)를 포함하여 이루어져 있다. 보정된 듀티비의 PWM전압을 모터의 각 상에 인가하는 단계는 결국 모터의 회전속도를 모터의 구동회로가 예측할 수 있는 설정속도에 근접하도록 회전시키는 단계이다.

이하, 본 발명의 동작원리를 첨부된 도면 도 6와 도 7를 참조로 하여 설명하도록 한다.

먼저, 오픈루프구간일 때 모터에 인가시킬 정격전압과 PWM의 듀티비가 본 발명을 채용한 모터의 구동회로에 설정된다. 그리고, 그 구동회로에 기설정된 정격전압과 듀티비를 갖는 PWM이 모터에 인가된다. 그러면, 모터의 회전자는 크로즈루프에 이를 때까지 회전한다.

모터가 오픈루프구간에서 회전하는 중에, 본 발명이 채용된 모터의 구동회로는 전원장치의 전압레벨을 감지한다. 그리고, 전원장치의 전압레벨로 기설정된 정격전압의 레벨을 제산하여 전압비를 구한다. 만약, 전원장치의 전압레벨이 기설정된 정격전압레벨과 동일하다면, 전압비는 1 이 된다.

이 때, 전원장치의 전압레벨이 기설정된 정격전압레벨보다 높으면 전압비는 1보다 작고, 전원장치의 전압레벨이 기설정된 정격전압레벨보다 낮으면 전압비는 1보다 크게 된다.

본 발명이 채용된 구동회로는 전압비로 기설정된 PWM의 듀티비를 승산한다. 승산한 결과값이 PWM의 보정된 듀티비(D')이다. 이 때, 전압비가 1이면 기설정된 PWM의 듀티비는 변동이 없으나, 전압비가 1보다 작으면 PWM의 듀티비는 더 작은 값으로 보정되고, 전압비가 1보다 크면 PWM의 듀티비는 더 큰 값으로 보정된다.

즉, 도 7에 나타낸 것과 같이 전원장치의 전압레벨이 정격전압보다 높으면 PWM의 듀티비는 기설정된 값보다 더 낮아지고, 전원장치의 전압레벨이 정격전압보다 낮으면 PWM의 듀티비는 기설정된 값보다 더 높아진다. 따라서, 모터에 인가되는 PWM의 평균전압은 일정하게 유지되므로, 모터의 회전속도는 도 8에 나타낸 것과 같이 모터의 구동회로에 설정된 설정속도에 근접하게 되는 것이다.

본 발명은 종래의 모터 오픈루프구간의 제어방법에 비해 모터의 회전속도가 구동회로에 설정된 설정속도에 가깝게 된다. 왜냐하면, 본 발명은 전원장치의 전압에 따라 PWM의 듀티비를 변동시킴으로써, 모터에 인가되는 PWM의 평균속도가 종래에 비해 일정하게 유지되기 때문이다. 따라서, 본 발명은 역기전력의 검출이 어려운 오픈루프구간에서 모터를 원활하게 기동시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. BLDC 모터의 오픈루프구간의 제어방법에 있어서,

   모터를 구동시키는 PWM의 듀티비와 정격전압을 설정하는 단계;

   전원의 전압레벨을 감지하는 단계;

   상기 정격전압을 상기 전원의 전압레벨로 나누어 전압비를 구하는 단계;

   상기 전압비를 상기 PWM의 듀티비에 곱하여 PWM의 듀티비를 보정하는 단계; 그리고, 상기 보정된 듀티비와 상기 전원의 전압레벨을 갖는 PWM파형을 모터 회전자의 각 상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어진 BLDC 모터의 오픈루프 구간의 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보정된 듀티비의 PWM 전압을 모터에 인가하는 단계는 모터의 회전 속도를 모터의 구동회로가 예측할 수 있는 설정속도에 근접하도록 회전시키는 단계인 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 오픈루프 구간의 제어방법.