KR19990081167A - 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법 - Google Patents

브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 별도의 센서리스 감지부의 추가없이 마이컴에 의해 프리휠링 타임을 검출하여 BLDC 과부하 운전 모드에 적절히 대응할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법에 관한 것이다. 상기 과부하 판단 및 과부하 대응 운전방법의 특징은 BLDC 모터의 구동중에 각 상의 통전 전류에 대한 프리휠링 타임들을 감지하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었는지 판단하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었으면 과부하 대응 운전모드를 수행하고, 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되지 않았으면 정상운전 모드를 수행하는 단계와, 과부하 대응 운전모드에서 프리휠링 타임을 감지하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 제1 설정시간을 경과하였으면 과부하 대응운전을 수행하는 단계와, 그리고 상기 제2 설정시간에 경과되었으면 모터를 정지하는 단계로 구성된 점에 있다. 따라서 본 발명은 제어부를 통해 감지된 프리휠링 타임에 대하여 정상운전 모드와 과부하 대응운전 모드로 나누어 구동함으로써 모터를 최적한 상태로 구동할 수 있다.

Description

브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법
본 발명은 브레쉬레스 직류모터에 관한 것으로써, 특히 별도의 과부하 검출장치의 추가없이 모터의 과부하를 감지할 수 있는데 적당한 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법에 관한 것이다.
일반적으로 브레쉬레스 직류모터(이하, BLDC 모터라 약칭함)의 구동회로는 도 1에 도시한 바와 같이 포지티브 라인과 네가티브 라인을 갖는 입력전원부(도시생략됨)와, 상기 입력전원부에 접속된 입력전원 평활용 콘덴서(C1)와, 상기 콘덴서(C1)의 출력단에 접속된 다수개의 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)를 제어하는 게이트 구동부(14)와, 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 출력단에 접속된 BLDC 모터(11)와, 상기 BLDC 모터(11)의 펄스입력단에 접속되어 로터(도시생략됨)의 회전 위치를 감지하는 센서리스 감지부(12)와, 상기 센서리스 감지부(12)를 통해 검출된 신호에 따라 상기 게이트 구동부(14)에 PWM 선택신호를 제공하는 제어부(13)로 구성된다. 이때 미설명된 저항(Rs)은 과전류를 검지하기 위한 감지저항을 나타낸다.
한편 도 2는 도 1에 적용되는 센서리스 감지부(12)를 나타낸 것으로써, 상기 센서리스 감지부(12)는 U상 인가전압 단자에 접속된 전압분배기(15)와, 상기 전압분배기(15)의 출력단과 기준전압(Vs) 인가단에 접속된 비교기(COMP)와, 상기 비교기(COMP)의 출력단에 접속되고 저항(R4)에 의해 접지된 절연체(16)로 구성된다. 이때 V상 인가전압 단자와 W상 인가전압 단자에도 전압분배기(15), 비교기(COMP), 절연체(16)가 상술한 바와 같이 동일하게 구성된다.
또한 상기 센서리스 감지부(12)의 출력신호는 제어부(13)에 인가되고, 상기 제어부(13)를 통해 출력된 PWM 제어신호는 게이트 구동부(14)인가되며, 상기 게이트 구동부(14)의 PWM 선택 제어신호에 따라 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)가 구동된다.
이와 같이 구성된 종래의 BLDC 모터의 구동회로는 도 3에 도시한 바와 같이 각 단자로 V상 인가전압(VEu), U상 인가전압(VEv), W상 인가전압(VEw)이 전압분배기(12)로 인가되면, 저항(R1) 및 콘덴서(C1)로 구성된 로패스필터와 복수개의 저항(R2)(R3)이 병렬 접속된 분배회로에 의해 필터링 분배되어 출력되고, 필터링 분배된 각 상의 인가전압이 비교기(COMP)를 통해 기준전압(Vs)과 비교 출력되면 소정의 위치감지를 위한 기준신호가 발생된다. 상기 위치 기준신호는 절연체(16)를 통해 절연 커플링된 후 제어부(13)로 인가된다.
이어서 게이트 구동부(15)는 제어부(13)로 인가된 위치 기준신호에 따라 위치신호를 도출하고 상기 위치신호를 기준으로 상기한 BLDC 모터의 회전자계가 형성되도록 상기 스위칭 트랜지스터의 구동신호를 형성하는 스위칭 상태 결정부(도시생략됨)의 출력신호가 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 구동신호로 인가된다. 상기 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)의 온/오프 스위칭에 따라 BLDC 모터(11)에 전류가 인가됨으로써 BLDC 모터(11)가 구동된다.
상기 BLDD 모터의 전류는 상기 스위칭 상태 결정부에 의해 선택신호(Tr)가 오프되면 오프된 상의 전류가 감소하게 되는데 이 감소전류가 프리휠링 전류이며, 상기 프리휠링(free wheeling) 전류가 길어지면, 센서리스 감지부(12)에서 각 상의 기전력(EMF)을 정확히 감지하지 못하므로 BLDC 모터(11)의 구동을 실패하는 경우가 종종 발생한다. 즉 프리휠링 전류가 종료되는 시점(A)이 역기전압의 제로-크로스(zero-cross) 시점보다 앞서야 각 상의 기전력(EMF)을 정확히 감지할 수 있지만, 상기 프리휠링 전류가 길어지게 되면 기전력의 감지를 실패하거나 오감지할 수 있다.
그리고 BLDC 모터를 과부하 상태에서 계속 운전시 과도한 온도 상승에 의해 스위칭 트랜지스터의 소손 및 모터의 수명을 단축하는 문제점도 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 발명의 목적은 별도의 부하감지 장치의 추가없이 제어부에 의해 프리휠링 타임을 검출하여 BLDC 과부하 운전 모드에 적절히 대응할 수 있도록 한 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 방법의 특징은, BLDC 모터의 구동중에 각 상의 통전 전류에 대한 프리휠링 타임들을 감지하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었는지 판단하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었으면 과부하 대응 운전모드를 수행하고, 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되지 않았으면 정상운전 모드를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 점에 있다.
또한 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 과부하 대응 운전방법의 특징은, 과부하 대응 운전모드에서 프리휠링 타임을 감지하는 단계와, 상기 프리휠링 타임이 제1 설정시간을 경과하였으면 과부하 대응운전을 수행하는 단계와, 그리고 상기 제2 설정시간에 경과되었으면 모터를 정지하는 단계로 구성된 점에 있다.
도 1은 종래기술에 따른 브레쉬레스 직류모터의 구동장치를 나타낸 회로도
도 2는 도 1의 센서리스 감지부의 상세 회로도
도 3는 도 2의 동작 파형도
도 4는 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법을 나타낸 흐름도
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : BLDC 모터 12 : 센서리스 감지부
13 : 제어부 14 : 게이트 구동부
15 : 전압분배기 16 : 절연체
Q1∼Q6 : 스위칭 트랜지스터 R1∼R3 : 저항
COMP : 비교기
이하, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저 본 발명의 브레쉬레스 직류모터는 각 단자로 V상 인가전압(VEu), U상 인가전압(VEv), W상 인가전압(VEw)이 인가된 후 제어부(13)는 BLDC 모터(11)로 부터 역기전력(BEMF)을 검출함과 동시에 각 상으로 부터 발생되는 프리휠링 전류에 대한 프리휠링 타임(Fi)을 감지한다(S41).
다음 제어부(13)에서는 상기 프리휠링 타임(Fi)이 소정시간(t1)에 경과되었는지 판단한다(S42).
그 다음 상기 프리휠링 타임(Fi)이 소정시간(t1)에 경과되었으면 과부하 대응 운전모드를 수행하고(S44), 프리휠링 타임(Fi)이 소정시간(t1)에 경과되지 않았으면 정상운전 모드를 수행한다(S43). 여기서 과부하 대응 운전모드(S44)라 함은 게이트 구동부(14)로 부터 스위칭 트랜지스터(Q1∼Q6)에 인가되는 PWM 선택 제어신호의 펄스폭을 좁게 가져감으로써 BLDC 모터(11)의 출력을 높이는 것을 말한다.
상기와 같은 과부하 대응 운전모드(S44)가 계속되면 상기 BLDC(11) 모터 또는 주변회로의 소손이 예상되므로 상술한 바와 같이 프리휠링타임(Fi)을 재차 감지하여(S45) 과부하에 대한 운전모드로 전환할 필요가 있다.
상기 과부하 대응 운전모드(S44)에서 재차 프리휠링 타임(Fi)을 감지한후 상기 프리휠링 타임(Fi)이 제1 소정시간(t2) 및 제2 소정시간(t2)에 경과되었는지를 연속하여 판단한다(S46)(S47).
이어서 상기 프리휠링 타임 판단단계에서 프리휠링 타임이 제1 소정시간(t2)및 제2 소정시간(t3)에 경과되었으면 곧바로 모터를 정지시킨다(S48).
그러나 상기 프리휠링 타임(Fi)의 판단단계에서 프리휠링 타임(Fi)이 제1 소정시간(t2) 및 제2 소정시간(t3)에 경과되지 않았으면, 과부하 대응 운전모드를 빠져나와 정상운전 모드(S43)로 피드백 된다.
여기서 상기 정상운전 모드(S43)에서의 소정시간과, 과부하 대응 운전모드(S44)에서의 제1 및 제2 소정시간에 대한 함수 관계는 t3＜t1＜t2 또는 t1＜t3＜t2를 만족한다.
따라서 상기한 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법은 BLDC 모터의 구동회로에서 프리휠링(free wheeling) 전류가 길어지는 것을 설정된 프리휠링 타임(t1)(t2)(t3)으로 감지한후, 감지된 프리휠링 타임(t1)(t2)(t3)에 대하여 정상운전 모드(S43)와 과부하 대응운전 모드(S44)로 나누어 구동함으로써 BLDC 모터(11)를 최적한 상태로 구동할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 및 운전방법은 별도의 과부하 검출장치의 추가없이 제어부에 의해 프리휠링 타임들을 검출하여 BLDC 과부하 운전 모드에 적절히 대응할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
또한 본 발명은 과부하로 인한 프리휠링 타임이 길어져서 모터의 센서리스 위치 감지를 실패하는 경우를 미연에 방지하여 신뢰성 있는 BLDC 모터의 센서리스 운전을 가능하게 한다.
또한 본 발명은 BLDC 모터의 과부하 상태에서 계속 운전시 모터의 과도한 온도 상승에 의한 게이트 구동부 및 스위칭 트랜지스터의 소손을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명은 프리휠링 전류의 길어짐에 대한 프리휠링 타임들의 적절한 변경이 예상되므로 본 발명의 기술적 사상이 벗어나지 않는 범위내에서 본 실시예들에 국한되지 않고 다양한 변조 변화가 가능함은 명백하다.

Claims (5)

  1. BLDC 모터의 구동중에 각 상의 통전 전류에 대한 프리휠링 타임들을 감지하는 단계와;
    상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었는지 판단하는 단계와;
    상기 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되었으면 과부하 대응 운전모드를 수행하고, 프리휠링 타임이 설정시간에 경과되지 않았으면 정상운전 모드를 수행하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 브레쉬레스 직류모터의 과부하 판단 방법.
  2. 과부하 대응 운전모드에서 프리휠링 타임을 감지하는 단계와;
    상기 프리휠링 타임이 제1 설정시간 및 제2 설정시간에 경과되었는지를 판단하는 단계와;
    상기 프리휠링 타임이 제1 설정시간을 경과하였으면 과부하 대응운전을 수행하는 단계와; 그리고
    상기 제2 설정시간에 경과되었으면 모터를 정지하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 과부하 대응 운전방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2 설정시간이 제1 설정시간 보다 크게 한 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 과부하 대응 운전방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제3 설정시간이 제1 설정시간 보다 작거나 같게 한 것을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 과부하 대응 운전방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 과부하 대응운전중 상기 프리휠링 타임 판단단계에서 프리휠링 타임이 제2 설정시간을 경과하지 않았으면 과부하 대응 운전모드를 반복 수행하고, 상기 제3 설정시간에 경과되지 않았으면 정상 운전모드를 수행함을 특징으로 하는 브레쉬레스 직류모터의 과부하 대응 운전방법.
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