KR19990081164A - Position sensing device of sensorless BLDC motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서리스 BLDC 모터의 구동회로에 관한 것으로, 특히 모터에 인가되는 3상전압의 인가시점을 정확히 설정하고, PWM 신호에서 발생될 수 있는 노이즈를 제거하는 구동회로에 관한 것이다. 본 발명에 의한 모터의 구동회로는 직류전원을 인가받아 PWM(Pulse Width Modulation) 신호로 변환하는 PWM 발생부와, PWM 신호를 인가받아 3상전압으로 변환하는 스위치소자와, 3상전압을 각 권선에 인가받아 회전자가 회전하는 모터와, 회전자의 회전에 따라 모터에서 발생된 역기전력을 감지하여 위치감지신호를 발생하는 위치감지부와, PWM 신호를 다소 지연시키는 PWM 신호지연부와, PWM 신호지연부에서 지연된 PWM 신호와 위치감지부에서 발생된 위치감지신호를 논리곱연산하여 보정된 위치감지신호를 출력하는 논리연산부와, 그리고, 논리연산부에서 보정된 위치감지신호에 의해 스위치소자를 제어하는 제어부가 포함된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a driving circuit of a sensorless BLDC motor, and more particularly, to a driving circuit for accurately setting a time point for applying a three-phase voltage applied to a motor and removing noise that may be generated from a PWM signal. The driving circuit of the motor according to the present invention includes a PWM generator which receives a DC power and converts it into a pulse width modulation (PWM) signal, a switch element that receives a PWM signal and converts it into a three-phase voltage, and a three-phase voltage winding. The motor is rotated by the rotor, the position sensing unit for generating a position sensing signal by detecting the back EMF generated by the rotation of the rotor, the PWM signal delay unit for delaying the PWM signal somewhat, PWM signal delay A logic operation unit for outputting a corrected position detection signal by performing a logical multiplication operation on the PWM signal delayed by the unit and the position detection signal generated by the position detection unit, and a control unit controlling the switch element by the position detection signal corrected by the logic operation unit. Characterized in that the included.
Description
본 발명은 센서리스 BLDC 모터에 관한 것으로, 특히 센서리스 BLDC 모터의 위치를 감지하는 방법과 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensorless BLDC motor, and more particularly, to a method and apparatus for detecting a position of a sensorless BLDC motor.
일반적인 센서리스 BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조는 도 1에 나타낸 것과 같다.A schematic structure of a general sensorless BLDC motor and its driving circuit is shown in FIG.
전원부(20)는 SMPS(Switching Mode Power Supply) 등으로 구성되어 상용전원인 교류전압을 직류전압으로 변환시킨다. 스위치소자구동부(40)는 전원부(20)에서 변환된 직류전압을 인가받아 스위칭제어신호를 발생시킨다. 스위치소자(50)는 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압은 의해 모터(10)의 각 권선(도면미도시)에 자기장을 발생시키고, 그 자기장에 의해 모터의 회전자(도면미도시)가 회전한다.The power supply unit 20 is composed of a switching mode power supply (SMPS) or the like to convert an AC voltage, which is a commercial power source, into a DC voltage. The switch device driver 40 receives the DC voltage converted by the power supply unit 20 to generate a switching control signal. The switch element 50 converts the DC voltage applied from the power supply unit 20 into a three-phase voltage according to the switching control signal and applies it to the motor 10. This three-phase voltage generates a magnetic field in each winding (not shown) of the motor 10, and the rotor (not shown) of the motor rotates by the magnetic field.
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 스위치소자구동부(40)를 제어한다. 또, 마이콤(60)은 스위치소자(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.As the motor rotor rotates, the counter electromotive force is output to the winding, and the counter electromotive force detection unit 80 detects the counter electromotive force and applies it to the microcomputer 60. In response to the detection of the counter electromotive force, the microcomputer 60 controls the switch element driver 40 so that the motor is operated correctly. In addition, the microcomputer 60 receives a current value applied to the motor from the overcurrent detecting unit 70 that detects the current from the switch element 50, and the microcomputer 60 receives the voltage from the voltage detecting unit 30 that detects the voltage of the power supply unit 20. When an excessively high voltage or current is applied to the motor by detecting an applied voltage, the motor is turned off to achieve stable operation of the motor.
스위치소자(50)는 모터의 권선에 3상전압을 인가하여 모터의 회전자를 회전시키는 인버터로서, 스위칭제어신호에 따라 전원부(20)에서 인가받는 직류전압을 3상전압으로 변환시켜 모터(10)에 인가한다. 이 3상전압은 모터(10)의 권선(도면미도시)에 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도면미도시)가 회전하게 된다. 스위칭제어신호는 PWM파형으로서, 듀티(duty)비가 높으면 전압이 높은 3상전압이 인가되고, 듀티비가 낮으면 전압이 낮은 3상전압이 인가된다.The switch device 50 is an inverter for rotating the rotor of the motor by applying a three-phase voltage to the winding of the motor, and converts the DC voltage applied from the power supply unit 20 into a three-phase voltage according to the switching control signal to the motor 10. ) Is applied. This three-phase voltage generates a magnetic field in the winding (not shown) of the motor 10 so that the rotor (not shown) of the motor rotates. The switching control signal is a PWM waveform. When the duty ratio is high, a three-phase voltage having a high voltage is applied, and when the duty ratio is low, a three-phase voltage having a low voltage is applied.
인버터(50)는 도 2에 나타낸 것과 같이 각각 3개씩 상위(upper)(51)와 하위(lower)(52)으로 구분된 6개의 스위치소자로 구성되고, 스위치의 조합에 의해 전압을 출력하는 3개의 출력단자로 구성되어 있다. 이 3개의 출력단자들에서 출력되는 전압에 의해 모터의 회전자가 회전하도록 구성되어 있다.Inverter 50 is composed of six switch elements, each divided into an upper 51 and a lower 52, three each as shown in FIG. 2, and outputting a voltage by a combination of switches. It consists of two output terminals. The rotor of the motor is rotated by the voltage output from these three output terminals.
인버터의 동작원리를 첨부된 도면, 도 2와 도 3 및 도 4를 참조로 하여 설명하도록 한다. 도 3은 각 스위치에 인가되는 제어신호의 파형을 나타낸 것이고, 도 4a 부터 도 4f는 제어신호에 의해 모터의 회전자(rotor)(13)가 구동되는 것을 도시한 것이다. 인버터는 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)가 짝지워져 동작하고, 제2스위치(SW2)와 제5스위치(SW5)가 짝지워지며, 제3스위치(SW3)와 제6스위치(SW6)가 짝지워져 동작한다. 즉, 상위스위치와 하위스위치가 하나씩 짝지워져 동작한다. 이 때, 제1스위치(SW1)와 제2스위치(SW2) 및 제3스위치(SW3)는 상위(upper)스위치이고, 제4스위치(SW4)와 제5스위치(SW5) 및 제6스위치(SW6)는 하위(lower)스위치이다. 상위스위치가 도통되면 모터의 코일에는 하이(high)의 전압이 인가되고, 하위스위치가 도통되면 모터의 코일에는 로(low)의 전압이 인가되며, 둘 다 차단되면 모터의 코일에는 오픈상태(Open Phase)가 된다.The operation principle of the inverter will be described with reference to the accompanying drawings, FIGS. 2 and 3 and 4. FIG. 3 shows waveforms of control signals applied to each switch, and FIGS. 4A to 4F show that the rotor 13 of the motor is driven by the control signals. The inverter operates by mating the first switch SW1 and the fourth switch SW4, the second switch SW2 and the fifth switch SW5 are mated, and the third switch SW3 and the sixth switch ( SW6) is paired and operated. That is, the upper switch and the lower switch are paired one by one to operate. In this case, the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 are upper switches, and the fourth switch SW4, the fifth switch SW5, and the sixth switch SW6. ) Is the lower switch. When the upper switch is turned on, a high voltage is applied to the coil of the motor. When the lower switch is turned on, a low voltage is applied to the coil of the motor. Phase).
먼저 제1스위치에 하이(high)의 제어신호가 인가된다. 그러면, 제1스위치가 도통(turn on)되어 U코일에 하이(High)의 전압이 인가된다.First, a high control signal is applied to the first switch. Then, the first switch is turned on to apply a high voltage to the U coil.
제1스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제6스위치에 하이(high)의 제어신호가 인가되어 제6스위치가 도통된다. 그러면, W코일에 로(low)의 전압이 인가되어 상술한 과정에 의해 U코일에 발생되었던 자기력의 반대 극성을 가진 자기력이 W코일에 발생된다. 즉, 만약 U코일에 N극의 자기력이 발생되었다면, W코일에는 S극의 자기력이 발생된다는 것이다. 이러한 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the first switch maintains the conduction state, a high control signal is applied to the sixth switch to conduct the sixth switch. Then, a low voltage is applied to the W coil so that the magnetic force having the opposite polarity of the magnetic force generated in the U coil by the above-described process is generated in the W coil. That is, if the magnetic pole of the N pole is generated in the U coil, the magnetic force of the S pole is generated in the W coil. This magnetic force causes the rotor of the motor to rotate 60 °.
제6스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제1스위치는 차단(turn off)되고, 제2스위치가 도통(turn on)된다. 그러면, V코일에 하이(high)의 전압이 인가되어 상술한 과정에 의해 W코일에 발생되었던 자기력의 반대 극성을 가진 자기력이 V코일에 발생된다. V코일과 W코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the sixth switch remains in the conducting state, the first switch is turned off and the second switch is turned on. Then, a high voltage is applied to the V coil so that the magnetic force having the opposite polarity of the magnetic force generated in the W coil by the above-described process is generated in the V coil. The rotor of the motor rotates 60 ° by the magnetic force of the V coil and W coil.
제2스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제6스위치는 차단되고, 제4스위치가 도통된다. 그러면, U코일에 로(low)의 전압이 인가되어 제1스위치가 도통되었을 때 발생되었던 자기력의 반대극성을 가진 자기력이 U코일에 발생된다. 이 U코일의 자기력과 V코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the second switch is in the conducting state, the sixth switch is interrupted and the fourth switch is conducting. Then, a low voltage is applied to the U coil, and a magnetic force having the opposite polarity of the magnetic force generated when the first switch is conducted is generated in the U coil. The rotor of the motor rotates 60 ° by the magnetic force of the U coil and the magnetic force of the V coil.
제4스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제2스위치는 차단되고, 제3스위치가 도통된다. 그러면, W코일에 하이(high)의 전압이 인가되어 제6스위치가 도통되었을 때 발생되었던 자기력의 반대극성을 가진 자기력이 W코일에 발생된다. 이 W코일의 자기력과 U코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the fourth switch is in the conducting state, the second switch is interrupted and the third switch is conducting. Then, a high voltage is applied to the W coil to generate a magnetic force having the opposite polarity of the magnetic force generated when the sixth switch is turned on. The rotor of the motor rotates 60 degrees by the magnetic force of the W coil and the magnetic force of the U coil.
제3스위치가 도통된 상태를 유지하는 동안, 제4스위치는 차단되고, 제5스위치가 도통된다. 그러면, V코일에 로(low)의 전압이 인가되어 제2스위치가 도통되었을 때 발생되었던 자기력의 반대극성을 가진 자기력이 V코일에 발생된다. 이 V코일의 자기력과 W코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the third switch is in the conducting state, the fourth switch is interrupted and the fifth switch is conducting. Then, a low voltage is applied to the V coil so that the magnetic force having the opposite polarity of the magnetic force generated when the second switch is turned on is generated in the V coil. The rotor of the motor rotates 60 degrees by the magnetic force of the V coil and the magnetic force of the W coil.
제 5 스위치가 도통되는 동안, 제 3 스위치는 차단되고, 제 1 스위치가 도통된다. 그러면, U상 코일에 하이(high)전압이 인가되고 U코일과 V코일의 자기력에 의해 모터의 회전자는 60°회전한다.While the fifth switch is conducting, the third switch is interrupted and the first switch is conducting. Then, a high voltage is applied to the U-phase coil and the rotor of the motor rotates by 60 ° by the magnetic force of the U coil and the V coil.
상술한 것과 같이 제1스위치부터 제6스위치가 번갈아 도통되었다가 차단되는 과정을 반복함으로써 회전자가 회전하여 모터가 동작하는 것이다.As described above, the rotor is rotated to operate the motor by repeating a process in which the first to sixth switches are alternately turned on and off.
이러한 모터의 회전시 각 코일에는 역기전력이 발생한다. 모터를 제어하는 마이컴은 이 역기전력이 모터의 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.When the motor rotates, back electromotive force is generated in each coil. The microcomputer controlling the motor generates a zero-EMF signal of reverse electromotive force which is inverted whenever this counter electromotive force crosses the zero phase of the common point of the motor, and applies a voltage to each coil according to the zero cross point signal. This zero cross point signal means a zero cross point of the counter electromotive force signal, and the period varies depending on the rotational speed of the motor.
모터가 안정적으로 구동되려면, 소정의 코일에 역기전력의 제로교차점신호가 출력되었을 때, 모터의 구동회로가 이 신호를 기반으로 상술한 3상 코일에 전압을 정확히 인가해야 한다. 그러므로, 역기전력의 제로교차점을 정확히 검지하는 것은 모터의 안정적인 동작을 위하여 필수적인 요소이다. 이 때, 역기전력의 제로교차점은 모터의 코일에 전압이 차단되었을 때, 검지할 수 있다. 왜냐하면, 역기전력의 제로교차점 신호는 모터의 코일이 오픈(OPEN)상일 때마다 반전되기 때문이다.In order for the motor to be stably driven, when a zero crossing signal of counter electromotive force is output to a predetermined coil, the driving circuit of the motor must accurately apply a voltage to the above-described three-phase coil based on this signal. Therefore, accurately detecting the zero crossing point of the counter electromotive force is an essential element for the stable operation of the motor. At this time, the zero crossing point of the counter electromotive force can be detected when the voltage of the coil of the motor is cut off. This is because the zero crossing signal of the counter electromotive force is inverted whenever the coil of the motor is open.
이러한 역기전력의 검출회로는 도 5에 나타낸 것과 같이 모터의 각 코일에 연결되어 오픈(OPEN)상 일때 코일에 인가된 전압을 검출하는 제1저항(R1)과, 제1저항에 직렬로 연결된 제2저항(R2)과, 역기전력이 입력되는 비반전입력단과 기준전압출력부에서 출력된 기준전압이 입력되는 반전입력단으로 구성된 비교기(81)를 포함하여 구성된다.Such a counter electromotive force detection circuit includes a first resistor R1 connected to each coil of the motor and detecting a voltage applied to the coil when it is open, as shown in FIG. 5, and a second resistor connected in series to the first resistor. And a comparator 81 composed of a resistor R2, a non-inverting input terminal to which the counter electromotive force is input, and an inverting input terminal to which the reference voltage output from the reference voltage output unit is input.
비교기(81)는 제1저항(R1)과 제2저항(R2)의 접점에 비반전입력단(+)이 연결되어 역기전력이 입력되고, 외부의 DC링크부에 반전입력단(-)이 연결되어 기준전압이 입력되며, 역기전력과 기준전압의 비교값이 제어부에 입력되도록 구성된다. 비교기는 역기전력과 기준전압을 비교하여 역기전력이 기준전압 이상의 레벨(level)에 도달했을 때, 역기전력 검출신호를 출력한다.The comparator 81 has a non-inverting input terminal (+) connected to a contact between the first resistor R1 and the second resistor R2 so that the counter electromotive force is input, and an inverting input terminal (-) is connected to the external DC link unit. The voltage is input, and the comparison value of the counter electromotive force and the reference voltage is configured to be input to the controller. The comparator compares the counter electromotive force with the reference voltage and outputs a counter electromotive force detection signal when the counter electromotive force reaches a level above the reference voltage.
그런데, 종래의 BLDC 모터의 위치감지장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 센서리스 BLDC 모터의 역기전력 감지회로는 인버터 회로의 기생용량에 의해 스위칭 천이 시 고주파의 잡음(noise)가 발생하는 문제점이 있다. 도 6은 인버터의 스위칭 천이에 의해 역기전력 감지회로에서 발생된 잡음과, 그 잡음에 의해 역기전력감지신호가 오류를 일으킨 것을 도시한 것이다. 이러한 잡음은 역기전력의 감지회로를 오동작시켜 모터의 구동이 불안해지는 문제점을 일으킨다. 따라서, 이 잡음을 제거하는 잡음제거회로가 구동회로에 별도로 설치되거나, 제어부에 잡음제거 프로그램이 포함되어야 하지만, 잡음제거회로 또는, 잡음제거 프로그램이 정상적인 신호도 함께 제거시키는 우려도 있다. 따라서, BLDC 모터가 탈조되는 문제가 있다.However, the position detection apparatus of the conventional BLDC motor has the following problems. First, the counter electromotive force sensing circuit of a sensorless BLDC motor has a problem in that high frequency noise occurs during switching transition by parasitic capacitance of an inverter circuit. FIG. 6 illustrates that noise generated in the counter electromotive force sensing circuit due to the switching transition of the inverter, and that the counter electromotive force detection signal causes an error due to the noise. Such noise causes a problem that the driving of the motor becomes unstable by malfunctioning the sensing circuit of the counter electromotive force. Therefore, the noise canceling circuit for removing this noise must be separately installed in the driving circuit, or the noise canceling program must be included in the controller, but there is a concern that the noise canceling circuit or the noise canceling program also removes the normal signal. Therefore, there is a problem that the BLDC motor is out of step.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 역기전력의 감지회로에 발생될 수 있는 잡음을 제거하여 안정적으로 모터를 구동시키는 센서리스 BLDC 모터의 구동회로를 제공하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to provide a driving circuit of a sensorless BLDC motor that stably drives a motor by removing noise that may be generated in a sensing circuit of counter electromotive force.
도 1은 일반적인 센서리스 BLDC 모터와 그 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도.1 is a block diagram schematically illustrating a general sensorless BLDC motor and a driving circuit thereof;
도 2는 상기 도 1의 구동회로에서 스위치소자를 상세히 도시한 회로도.FIG. 2 is a circuit diagram illustrating in detail a switch device in the driving circuit of FIG. 1. FIG.
도 3은 상기 도 2의 스위치소자에 인가되는 스위칭제어신호와 3상전압을 도시한 파형도.3 is a waveform diagram showing a switching control signal and a three-phase voltage applied to the switch device of FIG.
도 4a 내지 도 4f는 상기 도 3에 의한 스위칭제어신호에 의해 모터의 전기자의 전류를 도시한 도면.4A to 4F are diagrams showing the current of the armature of the motor by the switching control signal according to FIG.
도 5는 종래의 역기전력 검출회로를 도시한 회로도.5 is a circuit diagram showing a conventional counter electromotive force detection circuit.
도 6은 인버터의 스위칭 천이에 의해 상기 도 5의 역기전력 감지회로에서 발생된 잡음을 도시한 파형도.FIG. 6 is a waveform diagram illustrating noise generated in the counter electromotive force sensing circuit of FIG. 5 due to a switching transition of an inverter. FIG.
도 7은 본 발명의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도.7 is a block diagram schematically showing a driving circuit of the present invention.
도 8은 상기 도 7의 본 발명의 모터 구동방법을 도시한 흐름도.8 is a flowchart illustrating a motor driving method of the present invention of FIG.
도 9는 PWM 신호를 도시한 파형도.9 is a waveform diagram illustrating a PWM signal.
도 10은 상기 도 7의 본 발명에 의해 지연된 PWM 신호와 보정된 위치감지신호를 도시한 파형도.FIG. 10 is a waveform diagram illustrating a delayed PWM signal and a corrected position detection signal according to the present invention of FIG.
도 11은 상기 도 7의 본 발명에서 논리연산부와 위치감지부의 연결관계를 상세히 도시한 회로도.FIG. 11 is a circuit diagram illustrating in detail the connection relationship between a logic operation unit and a position detection unit in the present invention of FIG.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 모터 110 : 제어부100: motor 110: control unit
120 : 위치감지부 130 : 논리연산부120: position detection unit 130: logic operation unit
140 : 스위치소자 150 : PWM 발생부140: switch element 150: PWM generator
160 : PWM 신호지연부160: PWM signal delay unit
본 발명은 PWM 신호를 지연시키고, 그 지연된 PWM 신호와 모터의 위치감지신호를 논리연산함으로써, 보정된 위치감지신호를 생성하는 것이 특징이다.The present invention is characterized by generating a corrected position detection signal by delaying the PWM signal and logically calculating the delayed PWM signal and the position detection signal of the motor.
이러한 특징을 갖는 본 발명은 도 7에 도시된 것과 같이 직류전압을 PWM 신호로 변환하는 PWM 발생부(150)와, PWM 신호를 3상전압으로 변환하는 스위치소자(140)와, 3상전압을 인가받아 구동되는 모터(100)와, 모터에서 발생된 역기전력을 감지하여 위치감지신호를 출력하는 위치감지부(120)와, PWM 신호를 지연시키는 PWM 신호지연부(160)와, PWM 신호지연부에서 지연된 PWM 신호와 위치감지부에서 출력된 위치감지신호를 논리곱연산하는 논리연산부(130), 그리고 논리연산부의 출력신호를 참조하여 스위치소자를 제어하는 제어부(110)가 포함된 구조를 가지고 있다.As shown in FIG. 7, the present invention having such a characteristic includes a PWM generator 150 for converting a DC voltage into a PWM signal, a switch element 140 for converting a PWM signal into a three-phase voltage, and a three-phase voltage. Applied and driven motor 100, the position sensing unit 120 for outputting a position sensing signal by detecting the back EMF generated from the motor, the PWM signal delay unit 160 for delaying the PWM signal, PWM signal delay unit Has a structure including a logic operation unit 130 for performing a logical multiplication on the delayed PWM signal and the position detection signal output from the position detection unit, and a control unit 110 for controlling the switch element with reference to the output signal of the logical operation unit. .
본 발명의 핵심은 PWM 신호지연부(160)와 논리연산부(130)이다. 그 이유는 PWM 신호지연부(160)에서 지연된 PWM 신호와 위치감지부(120)에서 출력된 위치감지신호를 논리연산부(130)에 의해 논리곱연산된 최종 출력신호가 본 발명의 제어부(110)에서 스위치소자(140)를 제어할 때 참조하는 위치감지신호이기 때문이다.The core of the present invention is the PWM signal delay unit 160 and the logic operation unit 130. The reason is that the control unit 110 of the present invention is the final output signal obtained by logical operation of the PWM signal delayed by the PWM signal delay unit 160 and the position detection signal output from the position detection unit 120 by the logical operation unit 130. This is because the position detection signal referred to when controlling the switch element 140 in the.
이하, 본 발명의 동작원리와 구조를 첨부된 도 7과 도 8을 참조로 상세히 설명하도록 한다. 도 7은 본 발명의 구동회로를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 8을 본 발명의 구동방법을 도시한 흐름도이다.Hereinafter, the operation principle and structure of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 7 and 8. 7 is a block diagram schematically showing a driving circuit of the present invention, and FIG. 8 is a flowchart showing a driving method of the present invention.
PWM 발생부(150)는 정류기와 같은 외부의 전압인가수단으로부터 직류전압을 인가받아 PWM 신호로 변환한다. PWM 신호는 도 9에 도시된 것과 같이 소정의 듀티비(d)를 갖는 파형으로서, 듀티비가 클수록 전압값이 높다.The PWM generator 150 receives a DC voltage from an external voltage applying means such as a rectifier and converts the DC voltage into a PWM signal. The PWM signal is a waveform having a predetermined duty ratio d as shown in FIG. 9, and the larger the duty ratio, the higher the voltage value.
스위치소자(140)는 PWM 발생부(150)에서 변환된 PWM 신호를 인가받아 3상전압으로 변환한다. 스위치소자의 구조와 동작은 종래의 것과 동일하다. 이 스위치소자는 상술한 종래의 발명에 설명되었던 인버터가 주로 사용된다.The switch device 140 receives the PWM signal converted by the PWM generator 150 and converts the three-phase voltage. The structure and operation of the switch element are the same as the conventional one. This switch element is mainly used as the inverter described in the above-mentioned conventional invention.
모터(100)는 인버터, 즉 스위치소자(140)에서 출력된 3상전압을 권선(도시생략)에 인가받는다. 그러면, 권선에는 소정의 자기장이 발생되고, 이 자기장에 의해 회전자(도시생략)가 회전하여 모터가 구동된다. 이 때, 만약 외부의 전압인가수단에서 인가된 직류전압의 전압값이 높거나 전류값이 크거나, 또는 PWM 신호의 듀티가 크면, 결국 3상전압의 전압값이 높아져 회전자의 회전속도가 빠르게 된다. 반면, 직류전압의 전압값이 작거나, 또는 PWM 신호의 듀티가 작으면, 반대로 회전자의 회전속도가 느리다.The motor 100 receives the three-phase voltage output from the inverter, that is, the switch element 140, to the winding (not shown). Then, a predetermined magnetic field is generated in the winding, and the rotor (not shown) rotates by the magnetic field to drive the motor. At this time, if the voltage value of the DC voltage applied from the external voltage application means is high, or the current value is large, or the duty of the PWM signal is large, the voltage value of the three-phase voltage is increased, resulting in a rapid rotation speed of the rotor. do. On the other hand, when the voltage value of the DC voltage is small or the duty of the PWM signal is small, on the contrary, the rotation speed of the rotor is slow.
위치감지부(120)는 회전자의 회전에 따라 모터에서 발생된 역기전력을 감지하여 역기전력감지신호를 발생한다. 이 역기전력감지신호에 의해 모터 회전자의 위치를 제어부(110)가 파악할 수 있다. 즉, 역기전력감지신호는 위치감지부(120)에서 출력되는 위치감지신호이다. 종래의 구동회로는 이 역기전력감지신호를 참조하여 3상전압의 인가시점을 제어부(110)에서 설정했었다.The position detecting unit 120 detects back EMF generated from the motor according to the rotation of the rotor to generate a back EMF detection signal. The controller 110 can determine the position of the motor rotor by the counter electromotive force detection signal. That is, the back EMF detection signal is a position detection signal output from the position detection unit 120. In the conventional driving circuit, the application time of the three-phase voltage is set by the controller 110 with reference to the counter electromotive force detection signal.
PWM 신호지연부(160)는 PWM 발생부(150)에서 발생된 PWM 신호를 다소 지연시켜 출력한다. 논리연산부(130)는 PWM 신호지연부(160)에서 지연된 PWM 신호와 위치감지부(120)에서 출력된 역기전력감지신호, 즉 본래의 위치감지신호를 입력받아 두 신호를 논리곱연산한다. 논리연산부(130)에서 논리곱연산하여 출력된 신호가 본 발명의 구동회로에서 사용되는 위치감지신호이다.The PWM signal delay unit 160 delays and outputs the PWM signal generated by the PWM generator 150. The logic operation unit 130 receives the PWM signal delayed by the PWM signal delay unit 160 and the back EMF detection signal output from the position detection unit 120, that is, the original position detection signal, and logically calculates the two signals. The signal output by logical multiplication by the logic operation unit 130 is a position sensing signal used in the driving circuit of the present invention.
제어부(110)는 논리연산부(130)에서 출력된 위치감지신호를 참조하여 스위치소자(140)를 제어한다. 스위치소자는 트랜지스터(도시생략)로 구성된 인버터이므로, 제어부(110)의 제어신호는 인버터를 구성하고 있는 트랜지스터의 베이스 단자에 입력되어 트랜지스터의 도통여부를 제어한다.The control unit 110 controls the switch element 140 with reference to the position detection signal output from the logic operation unit 130. Since the switch element is an inverter composed of transistors (not shown), the control signal of the controller 110 is input to the base terminal of the transistor constituting the inverter to control the conduction of the transistor.
상술한 본 발명의 구동회로가 실시하는 센서리스 BLDC 모터의 구동방법은 도 8에 도시된 흐름도와 같이 다음의 단계를 거친다.The sensorless BLDC motor driving method implemented by the above-described driving circuit of the present invention goes through the following steps as shown in the flowchart shown in FIG.
먼저 본 발명의 구동방법은 외부의 전압인가수단으로부터 직류전압을 인가받아 그 직류전압을 PWM 신호로 변환한다(s1). 그리고, PWM 신호를 3상전압으로 변환하고(s2), 3상전압을 센서리스 BLDC 모터의 권선에 인가하여 모터를 구동시킨다(s3). 이 때, 모터에서 역기전력이 발생되는데, 본 발명의 구동방법을 채택한 구동회로는 이 역기전력을 감지하여 역기전력감지신호를 출력한다(s4).First, the driving method of the present invention receives a DC voltage from an external voltage applying means and converts the DC voltage into a PWM signal (s1). The PWM signal is converted into a three-phase voltage (s2), and the three-phase voltage is applied to the winding of the sensorless BLDC motor to drive the motor (s3). At this time, the counter electromotive force is generated in the motor, and the driving circuit adopting the driving method of the present invention detects the counter electromotive force and outputs the counter electromotive force detection signal (s4).
그리고, 본 발명의 구동방법은 PWM 신호를 소정의 시간동안 지연시키고(s5), 지연된 PWM 신호와 상기 역기전력감지신호를 논리곱연산하여 위치감지신호를 출력한다(s6).In addition, the driving method of the present invention delays the PWM signal for a predetermined time (s5), and logically computes the delayed PWM signal and the counter electromotive force detection signal to output the position detection signal (s6).
본 발명은 이 위치감지신호에 의해 상기 3상전압의 변환시점을 조절함(s7)으로써, 모터를 구동시킨다. 이 때, 본 발명은 3상전압의 변환시점을 조절하지 않고, 모터에 인가되는 3상전압의 인가시점을 조절하는 것으로 대행할 수 있다.The present invention drives the motor by adjusting the time of conversion of the three-phase voltage by this position sensing signal (s7). At this time, the present invention can be substituted by adjusting the application time of the three-phase voltage applied to the motor, without adjusting the conversion time of the three-phase voltage.
본 발명에서 사용되는 신호의 흐름은 다음과 같다.The signal flow used in the present invention is as follows.
PWM 발생부(150)에서 발생된 PWM 신호가 스위치소자(140)에 입력되어 3상전압으로 변환된다. 그리고, 스위치소자 즉, 인버터에 의해 변환된 3상전압은 모터(100)의 각 권선에 인가되어 회전자를 회전시킨다. 이 때, 회전자의 회전에 의해 발생된 역기전력은 각 권선을 통해 위치감지부(120)에서 감지된다. 그러면, 위치감지부에서 역기전력감지신호가 출력된다.The PWM signal generated by the PWM generator 150 is input to the switch element 140 and converted into a three-phase voltage. Then, the three-phase voltage converted by the switch element, that is, the inverter is applied to each winding of the motor 100 to rotate the rotor. At this time, the counter electromotive force generated by the rotation of the rotor is sensed by the position sensing unit 120 through each winding. Then, the counter electromotive force detection signal is output from the position sensing unit.
그리고, PWM 발생부(150)에서 발생된 PWM 신호가 PWM 신호지연부(160)에 의해 다소 지연된다. 또, 위치감지부(120)에서 출력된 역기전력감지신호와 PWM 신호지연부에서 지연된 PWM 신호가 논리연산부(130)에 입력된다. 논리연산부(130)에 입력된 두 신호는 논리곱연산되어 도 10에 도시된 것과 같은 파형이 출력된다.In addition, the PWM signal generated by the PWM generator 150 is somewhat delayed by the PWM signal delay unit 160. In addition, the back EMF detection signal output from the position detection unit 120 and the PWM signal delayed by the PWM signal delay unit are input to the logic operation unit 130. The two signals input to the logical operation unit 130 are logical ANDed to output a waveform as shown in FIG. 10.
본 발명의 제어부(110)는 논리연산부(130)에 의해 출력된 신호를 위치감지신호로 참조하여 스위치소자(140)에 제어신호를 인가한다. 본 발명의 제어부(110)에서 인가받은 제어신호에 의해 스위치소자(140)에서 출력되는 3상전압의 인가시점이 조절된다.The control unit 110 of the present invention applies a control signal to the switch element 140 by referring to the signal output by the logic operation unit 130 as a position detection signal. The application time of the three-phase voltage output from the switch element 140 is adjusted by the control signal applied from the control unit 110 of the present invention.
본 발명은 도 11에 도시된 것과 같이 위치감지부(120)에서 출력되는 역기전력감지신호(UBEMF, VBEMF, WBEMF) 각각에 설치된 논리곱연산기(AND Gate)로 논리연산부를 구성할 수 있다. 논리곱연산기의 출력신호(U'BEMF, V'BEMF, W'BEMF)은 보정된 위치감지신호이다.As illustrated in FIG. 11, the logical operation unit may be configured by an AND gate installed in each of the back EMF detection signals U BEMF , V BEMF , and W BEMF output from the position detection unit 120. . The output signals U ' BEMF , V' BEMF , and W ' BEMF of the logical product operator are corrected position detection signals.
본 발명에 의한 모터의 구동회로는 종래의 구동회로에 비해 PWM 신호의 초기 인가시점에서 발생되는 노이즈를 제거하여 위치감지부의 위치감지효과를 향상시키는 효과가 있다. 또, PWM 신호의 노이즈를 제거하는 별도의 제거루틴이 필요없어 구동회로에 설치된 마이콤의 처리부하를 저감시키는 효과도 있다. 게다가 PWM 의 듀티비가 작아도 신호를 처리할 수 있다는 효과가 있으므로, 본 발명의 구동회로는 종래의 구동회로에 비해 모터를 안정적으로 구동시킬 수 있다는 장점이 있다.The driving circuit of the motor according to the present invention has an effect of improving the position sensing effect of the position sensing unit by removing noise generated at the initial application of the PWM signal as compared with the conventional driving circuit. In addition, there is no need for a separate removal routine for removing noise of the PWM signal, thereby reducing the processing load of the microcomputer installed in the driving circuit. In addition, since there is an effect that the signal can be processed even if the duty ratio of PWM is small, the driving circuit of the present invention has an advantage that the motor can be stably driven compared to the conventional driving circuit.
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