KR20000020087A - Method for driving senseless brushless dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터의 구동방법에 관한 것으로, 특히 모터의 위치검출부의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a sensorless BCD motor, and more particularly, to a control method of a position detection unit of a 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. 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(도면미도시)은 자기장을 발생시켜 모터의 회전자(도면미도시)가 회전하게 된다. 모터의 회전자가 회전함으로써 압축기(도면미도시)가 구동된다.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 switching device driver 40 receives the DC voltage converted by the power supply unit 20 to generate a switching control signal. The switching device 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. Due to this three-phase voltage, the winding (not shown) of the motor 10 generates a magnetic field so that the rotor (not shown) of the motor rotates. The compressor (not shown) is driven by the rotation of the rotor of the motor.
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.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 switching element driver 40 so that the motor operates correctly. In addition, the microcomputer 60 receives the current value applied to the motor from the overcurrent detecting unit 70 that detects the current from the switching 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 the voltage to be applied is detected and an excessively high voltage or current is applied to the motor, the power of the power supply unit is cut off to achieve stable operation of the motor.
센서리스 BLDC모터의 구동에서 회전자의 위치는 역기전력 검지부(80)에서 검출된 역기전력을 이용하여 검출한다. 이 역기전력은 회전자의 회전속도에 관련있는 함수로서, 정지 또는 저속회전 시의 매우 낮은 수준의 역기전력을 역기전력 검지부(80)가 검출하는 것은 불가능하다. 따라서, 일반적인 센서리스 BLDC모터의 구동회로는 역기전력 검지부가 역기전력을 안정적으로 검지할 수 있는 수준의 속도에 이르기까지 모터를 임의로 회전시킨다.The position of the rotor in driving of the sensorless BLDC motor is detected by using the counter electromotive force detected by the counter electromotive force detection unit 80. This counter electromotive force is a function related to the rotational speed of the rotor, and it is impossible for the counter electromotive force detector 80 to detect a very low level of counter electromotive force at the time of stop or low speed rotation. Therefore, the driving circuit of the general sensorless BLDC motor arbitrarily rotates the motor up to a speed at which the counter electromotive force detection unit can stably detect the counter electromotive force.
BLDC 모터는 도 2에 나타낸 것과 같이 U, V, W 세 개의 코일(11, 12, 13)과 회전자(rotor)(14)로 구성되어 있다. 모터는 각 코일에 번갈아 하이(H), 로(L), 오픈(O)상의 전압이 인가되며, 그 전압에 의해 코일에 발생된 자기력이 모터의 회전자를 회전시켜 구동된다. 하이(High Phase) 전압은 코일에 정전압이 인가되는 것이고, 로(Low Phase) 전압은 코일에 부전압이 인가되는 것이며, 오픈(Open Phase) 전압은 코일에 전압이 차단되는 것이다.As shown in FIG. 2, the BLDC motor is composed of three coils 11, 12, and 13 and a rotor 14. The voltages of the high (H), the low (L), and the open (O) are alternately applied to each coil, and the magnetic force generated by the coil is driven by rotating the rotor of the motor. The high phase voltage is a constant voltage applied to the coil, the low phase voltage is a negative voltage applied to the coil, and the open phase voltage is a voltage cut off to the coil.
이 때, 회전자(14)의 회전시 각 코일에는 역기전력이 발생한다. 모터를 제어하는 마이컴은 도 3에 나타낸 것과 같이 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.At this time, counter-electromotive force is generated in each coil when the rotor 14 rotates. The microcomputer controlling the motor generates a zero-EMF signal of reverse electromotive force, which is inverted whenever the counter electromotive force intersects the zero phase of the common point of the motor as shown in FIG. 3, and according to the zero cross point signal, Apply voltage. 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, 다른 코일에 3상 전압이 정확히 인가되어야 한다. 그러므로, 역기전력의 제로교차점을 정확히 검지하는 것은 모터의 안정적인 동작을 위하여 필수적인 요소이다. 이 때, 역기전력의 제로교차점은 모터의 코일에 인가되는 오픈상(Open Phase)전압을 이용하여 검지할 수 있다. 왜냐하면, 역기전력의 제로교차점 신호는 모터의 코일에 오픈상전압이 인가될 때마다 반전되기 때문이다.In order for the motor to be driven stably, when a zero crossing signal of counter electromotive force is output to a predetermined coil, a three-phase voltage must be correctly applied to the other coil. 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 using an open phase voltage applied to the coil of the motor. This is because the zero crossing signal of the counter electromotive force is inverted every time an open phase voltage is applied to the coil of the motor.
모터의 구동단계는 초기위치설정구간과, 오픈루프구간 및 크로즈루프 구간 등 세 구간으로 나눌 수 있다. 초기위치설정구간은 회전자가 정지상태에서 회전하기 시작하여 구동회로가 회전자를 정해진 초기위치로 이동하는 구간이고, 오픈루프 구간은 회전자의 초기위치가 설정된 후 역기전력이 감지되지 않는 구간이며, 크로즈루프 구간은 역기전력의 감지가 가능하여 회전자의 정상적인 제어가 실시되는 구간이다. 역기전력의 제로교차점을 검지하면, 위치검출신호를 구할 수 있다.The driving stage of the motor may be divided into three sections: an initial positioning section, an open loop section, and a close loop section. The initial position setting section is a section in which the rotor starts to rotate in the stopped state and the drive circuit moves the rotor to a predetermined initial position.The open loop section is a section in which no back EMF is detected after the initial position of the rotor is set. The loop section is a section in which normal control of the rotor is performed since the back EMF can be detected. When the zero crossing point of the counter electromotive force is detected, the position detection signal can be obtained.
일반적으로 PWM 전원의 듀티비에 따른 모터의 운전주파수는 도 3에 도시된 그래프와 같다.In general, the operating frequency of the motor according to the duty ratio of the PWM power supply is shown in the graph shown in FIG. 3.
그런데, 종래의 모터 구동방법은 때로 전원장치 혹은 모터 자체의 고장으로 인해 듀티비가 100%인 직류전원을 인가해도 모터의 운전주파수가 듀티비에 해당하는 수준에 미치지 못하여 구동회로에 손상을 입힐 수 있다. 또, 적절한 듀티비의 PWM 신호가 모터에 인가되어도 모터의 운전주파수가 최고수준에 도달하여 모터가 과열될 우려가 있다. 그 결과, 종래의 모터 구동방법은 모터의 구동회로와 모터 자체에 손상이 발생될 우려가 있다.However, in the conventional motor driving method, even when a DC power source having a duty ratio of 100% is applied due to a failure of the power supply device or the motor itself, the driving frequency of the motor does not reach the level corresponding to the duty ratio, which may damage the driving circuit. . In addition, even when a PWM signal having an appropriate duty ratio is applied to the motor, the operating frequency of the motor reaches the highest level, and the motor may be overheated. As a result, the conventional motor driving method may cause damage to the driving circuit of the motor and the motor itself.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적절한 듀티비의 PWM이 모터에 인가되었을 때에 모터가 적정수준의 운전주파수로 구동되는 모터의 구동방법을 구현하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and an object thereof is to implement a method of driving a motor in which a motor is driven at an appropriate level of operating frequency when a PWM having an appropriate duty ratio is applied to the motor.
도 1은 일반적인 센서리스 BLDC모터와 그 구동회로의 개략적인 구조를 도시한 도면1 shows a schematic structure of a general sensorless BLDC motor and its driving circuit.
도 2는 상기 도 1에서 모터의 회전자와 고정권선을 상세히 도시한 도면2 is a view showing in detail the rotor and the fixed winding of the motor in FIG.
도 3은 상기 도 2에 도시된 모터를 구동시키기 위해 모터에 인가하는 구동신호의 파형과 그에 따라 검출되는 역기전력검출신호의 파형을 도시한 파형도FIG. 3 is a waveform diagram illustrating waveforms of a drive signal applied to a motor for driving the motor shown in FIG. 2 and a counter electromotive force detection signal detected accordingly.
도 4는 본 발명의 모터구동방법을 도시한 흐름도4 is a flowchart illustrating a motor driving method of the present invention.
도 5는 여러 듀티비의 펄스폭변조신호를 도시한 파형도5 is a waveform diagram showing pulse width modulated signals of various duty ratios;
본 발명의 모터구동방법은 모터에 적정한 수준의 듀티비를 인가했을 때에 적정한 운전주파수로 모터가 구동되지 않으면, 모터의 구동을 정지시켜 모터구동회로를 보호할 수 있는 특징이 있다.The motor driving method of the present invention has a feature that the motor driving circuit can be protected by stopping the driving of the motor if the motor is not driven at an appropriate driving frequency when an appropriate duty ratio is applied to the motor.
본 발명에 의한 모터구동방법은 도 4에 도시된 것과 같이 현재 구동되는 모터의 운전주파수와 기설정된 운전주파수의 최저주파수를 비교하는 단계(s30)와, 현재 모터에 인가되는 펄스폭변조신호(PWM : Pulse Width Modulation)의 듀티비와 기설정된 최고듀티비를 비교하는 단계(s40)와, 모터의 운전주파수와 기설정된 기준주파수를 비교하는 단계(s50)와, 모터의 듀티비와 기설정된 최저듀티비를 비교하는 단계(s60)와, 듀티비가 최고듀티비와 최저듀티비 사이의 범위가 아닐 경우에 모터의 구동을 정지시키는 단계(s80), 그리고 운전주파수가 최저주파수와 기준주파수 사이의 범위인 경우에 모터를 정상적으로 구동시키는 단계(s70)를 포함하여 이루어져 있다.In the motor driving method according to the present invention, as shown in FIG. 4, comparing a driving frequency of a currently driven motor with a minimum frequency of a predetermined driving frequency (S30), and a pulse width modulation signal PWM currently applied to the motor. : Comparing the duty ratio of the pulse width modulation, and the predetermined maximum duty ratio (s40), comparing the operating frequency of the motor with a predetermined reference frequency (s50), and the duty ratio of the motor and the predetermined minimum duty ratio Comparing the ratio (s60), stopping the driving of the motor when the duty ratio is not the range between the highest duty ratio and the lowest duty ratio (s80), and the operating frequency is a range between the lowest frequency and the reference frequency In this case, it comprises the step of driving the motor normally (s70).
이하, 본 발명의 동작원리를 첨부된 도 4를 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the operation principle of the present invention will be described with reference to FIG. 4.
본 발명이 채용된 모터구동회로는 모터를 시동하여 초기위치설정구간과 오픈루프구간동안 모터에 구동신호를 인가하여 모터를 회전시킨다(s10, s20). 초기위치설정구간과 오픈루프구간 동안의 모터구동방법은 종래의 구동방법과 동일하므로, 본 발명에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 종래의 구동방법에 대한 본 발명의 구동방법의 특징은 크로즈루프구간 동안의 모터제어방법이다.The motor drive circuit employing the present invention starts the motor and rotates the motor by applying a drive signal to the motor during the initial positioning section and the open loop section (s10 and s20). Since the motor driving method during the initial positioning section and the open loop section is the same as the conventional driving method, detailed description thereof is omitted in the present invention. A characteristic of the driving method of the present invention over the conventional driving method is the motor control method during the close loop section.
모터의 구동이 크로즈루프구간에 진입하면, 본 발명은 현재 구동되는 모터의 운전주파수와 기설정된 최저주파수를 비교한다(s30). 최저주파수는 모터의 구동이 크로즈루프구간을 유지할 수 있는 운전주파수의 최소값으로서, 마이콤 또는 별도의 메모리에 기억된 값이다. 일반적으로 크로즈루프구간에 진입한 모터의 최저 운전주파수는 40Hz 내외이다.When the driving of the motor enters the cross loop section, the present invention compares the driving frequency of the currently driven motor with a predetermined minimum frequency (s30). The minimum frequency is the minimum value of the operating frequency at which the motor drive can maintain the close loop section, which is a value stored in a microcomputer or a separate memory. Generally, the minimum operating frequency of the motor entering the close loop section is around 40Hz.
그래서, 현재 구동되는 모터의 운전주파수가 최저주파수보다 작으면, 본 발명은 현재 모터에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티비와 기설정된 최고듀티비를 비교한다(s40). 이 때, 최고듀티비는 크로즈루프구간에서 모터에 허용되는 펄스폭변조신호의 최고듀티비이다. 펄스폭변조신호의 최고듀티비는 100% 로서, 최고듀티비를 갖는 펄스폭변조신호는 DC 직류전압을 의미한다. 도 5a는 정상적인 듀티비를 가진 펄스폭변조신호를 도시한 것이고, 도 5b는 100%에 가까운 듀티비를 가진 펄스폭변조신호를 도시한 것이며, 도 5c는 0%에 가까운 듀티비를 가진 펄스폭변조신호를 도시한 것이다. 정상적인 모터는 듀티비가 높은 펄스폭변조신호가 인가될수록 모터의 운전주파수가 높아진다.Thus, when the driving frequency of the currently driven motor is less than the minimum frequency, the present invention compares the duty ratio of the pulse width modulated signal currently applied to the motor with the preset maximum duty ratio (s40). At this time, the maximum duty ratio is the maximum duty ratio of the pulse width modulated signal allowed to the motor in the cross loop section. The maximum duty ratio of the pulse width modulated signal is 100%, and the pulse width modulated signal having the highest duty ratio means DC DC voltage. 5A shows a pulse width modulated signal with a normal duty ratio, FIG. 5B shows a pulse width modulated signal with a duty ratio close to 100%, and FIG. 5C shows a pulse width with a duty ratio close to 0%. Modulation signal is shown. In a normal motor, the higher the duty ratio, the higher the pulse width modulation signal is applied, the higher the operating frequency of the motor.
그리고, 현재 구동되는 모터의 운전주파수가 최저주파수보다 작고 동시에 모터에 인가된 펄스폭변조신호가 최고듀티비보다 작지 않으면, 본 발명은 모터 혹은, 모터구동회로가 정상이 아니라고 판단하여 모터의 구동을 정지시킨다(s80).If the driving frequency of the currently driven motor is smaller than the minimum frequency and the pulse width modulation signal applied to the motor is not smaller than the maximum duty ratio, the present invention determines that the motor or the motor driving circuit is not normal to drive the motor. Stop (s80).
또, 현재 구동되는 모터의 운전주파수가 최저주파수보다 큰 경우, 현재 구동되는 모터에 인가된 펄스폭변조신호가 최고듀티비보다 작은 경우 중, 어느 하나의 경우에 본 발명은 현재 구동되는 모터의 운전주파수를 기설정된 최고주파수에 비교한다(s50). 최고주파수는 크로즈루프구간의 모터에 최대로 인가할 수 있는 운전주파수의 최대값으로서, 마이콤 또는 별도의 메모리에 기억된 값이다. 일반적으로 크로즈루프구간에 진입한 모터의 최고 운전주파수는 60Hz 내외이다.In addition, when the driving frequency of the currently driven motor is greater than the minimum frequency, the pulse width modulation signal applied to the currently driven motor is smaller than the maximum duty ratio, in any case the present invention is the operation of the currently driven motor The frequency is compared with the preset maximum frequency (s50). The maximum frequency is the maximum value of the operating frequency that can be applied to the motor of the cross loop section to the maximum value, which is stored in a microcomputer or a separate memory. In general, the maximum operating frequency of the motor entering the close loop section is around 60Hz.
그래서, 현재 구동되는 모터의 운전주파수가 최저주파수와 최고주파수의 범위의 값을 가질 경우, 본 발명은 현재 모터가 정상적으로 구동되고 있다고 판단하여 크로즈루프 구간의 정상적인 모터제어방법으로 모터를 계속 구동시킨다(s70).Thus, when the operating frequency of the currently driven motor has a range of the lowest frequency and the highest frequency, the present invention determines that the motor is normally driven, and continues to drive the motor in the normal motor control method of the cross-loop section ( s70).
그런데, 만약 모터의 운전주파수가 최고주파수보다 더 높으면, 본 발명은 현재 모터에 인가된 펄스폭변조신호를 기설정된 최저듀티비와 비교한다(s60). 그 결과, 모터의 운전주파수가 최고주파수 이상임에도 불구하고 모터에 인가된 펄스폭변조신호가 최저주파수보다 낮으면, 본 발명은 모터의 구동을 정지시킨다. 그리고, 모터의 운전주파수가 최고주파수 이상이면서, 모터에 인가된 펄스폭변조신호가 최저듀티비와 최고듀티비 사이의 범위를 가지면, 모터를 정상적으로 계속 구동시킨다(s70).However, if the operating frequency of the motor is higher than the highest frequency, the present invention compares the pulse width modulated signal currently applied to the motor with a predetermined minimum duty ratio (s60). As a result, when the pulse width modulation signal applied to the motor is lower than the minimum frequency even though the operating frequency of the motor is higher than or equal to the maximum frequency, the present invention stops driving the motor. If the pulse width modulation signal applied to the motor has a range between the lowest duty ratio and the highest duty ratio while the driving frequency of the motor is equal to or higher than the maximum frequency, the motor continues to be driven normally (s70).
즉, 본 발명은 모터에 최고듀티비의 펄스폭변조신호가 인가됨에도 불구하고, 모터의 운전주파수가 최저주파수에 미치지 못할 경우, 모터의 구동을 정지시킨다. 또, 모터에 최저티비의 펄스폭변조신호가 인가됨에도 불구하고 모터가 최고주파수 이상의 운전주파수로 구동될 경우, 모터의 구동을 정지시킨다.That is, the present invention stops the driving of the motor when the driving frequency of the motor does not reach the minimum frequency even though the pulse width modulation signal of the highest duty ratio is applied to the motor. In addition, even when the pulse width modulation signal of the lowest TV is applied to the motor, when the motor is driven at an operating frequency higher than the highest frequency, the driving of the motor is stopped.
본 발명은 모터의 전원회로가 손상되어 운전주파수에 비해 펄스폭변조신호의 듀티비가 지나치게 낮거나, 높은 경우에 모터의 구동을 정지시키므로, 모터의 구동회로를 보호할 수 있는 효과가 있다. 또, 본 발명은 모터 자체의 손상으로 인해 최고 듀티비의 펄스폭변조신호가 인가됨에도 불구하고 모터의 운전주파수가 최소주파수에 미치지 못할 경우에 모터의 구동을 정지시키므로, 전원의 과다 인가로 인한 모터 구동회로의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명은 종래의 모터 구동회로에 비해 안정적으로 모터를 동작시킬 수 있고, 모터와 모터 구동회로의 고장원인을 줄일 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, when the duty ratio of the pulse width modulation signal is too low or too high compared to the driving frequency due to damage to the motor power circuit, the driving of the motor is stopped, thereby protecting the driving circuit of the motor. In addition, the present invention stops the driving of the motor when the operating frequency of the motor does not reach the minimum frequency even though the pulse width modulation signal of the highest duty ratio is applied due to damage to the motor itself, the motor due to excessive application of power There is an effect that can prevent damage to the drive circuit. Therefore, the present invention can operate the motor more stably than the conventional motor driving circuit, and has the effect of reducing the cause of failure of the motor and the motor driving circuit.
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| WO2002066902A1 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Air conditioner and method of controlling the same |
| KR101431973B1 (en) * | 2013-05-02 | 2014-08-19 | 삼성전기주식회사 | Apparatus and method detecting ZCP(zero crossing point) of back EMF(electromotive force) in motor driving circuit |
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1998
- 1998-09-17 KR KR1019980038514A patent/KR20000020087A/en not_active Application Discontinuation
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