KR20020066003A - 에스알엠의 속도제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에스알엠의 속도제어방법에 관한 것으로, 펄스폭변조신호의 선행각 및 듀티 제어를 통하여 광역의 알피엠 제어가 가능하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 사용자에 의해 모터의 희망 알피엠이 입력되면 그에 따라 모터를 구동하면서 현재 모터의 알피엠을 소정치와 비교하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 크면 선행각을 고정시킨 상태에서 현재 펄스폭변조신호의 듀티를 희망 알피엠의 듀티로 변화하여 출력하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 작으면 듀티를 고정시킨 상태에서 희망 알피엠의 듀티로 선행각을 변화하여 출력하는 제3 과정으로 수행한다.

Description

에스알엠의 속도제어방법{SPEED CONTROL METHOD FOR SRM}

본 발명은 에스알엠의 속도제어방법에 관한 것으로, 특히 펄스폭변조신호의 선행각 및 듀티 제어를 통하여 광역의 알피엠 제어가 가능하도록 한 에스알엠의 속도제어방법에 관한 것이다.

도1은 일반적인 6/4 구조를 갖는 에스알엠의 구동회로도로서, 이에 도시한 바와같이, 입력되는 전원을 평활시켜 얻어지는 직류전압을 모터로 공급하는 직류 링크 커패시터(C)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선 (La ,Lb,Lc)과, 이 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬 연결된 상,하위 스위치소자 (Q1a ,Q1b ,Q1c )(Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2 ,FRD4,FRD6)와, 상기 상위 콜렉터와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드 (FRD3,FRD5,FRD7)와, 각상에 흐르는 전류를 검출하는 저항(Rd1,Rd2,Rd3)으로 구성되며, 이와같은 종래 장치의 동작을 설명한다.

먼저, 직류 링크 커패시터(C)가 입력되는 전원을 평활시켜 만들어진 직류전압을 에스알엠(SRM)으로 공급하면, 상기 에스알엠(SRM)은 회전하게 되고, 이에따라 모터 내부에 포토 인터럽터와 각 상에 연계된 슬롯을 갖는 디스크를 설치함으로써 회전자의 위치를 위치센서에서 검출하게 되고, 그 검출한 회전자 위치에 따른 신호를 출력한다.

만약, A상이 유기되도록 하기 위한 신호가, A상의 모터 권선(La)에 직렬연결된 상,하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)의 베이스로 각각 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 상, 하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)가 동시에 턴온된다.

상기 A상의 상,하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)가 온됨에 따라 모터 권선(La)으로 전류가 흐르게 되고, 이에따라 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 A상의 상, 하위 스위치소자(Q1a)(Q2a)는 턴오프시키고, B상을 유기시키기 위한 신호를 B상의 모터 권선(Lb)에 직렬 연결된 상,하위 스위치소자 (Q1b)(Q2b)의 베이스로 각각 공급된다.

이때, A상의 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드 (FRD3), 직류 링크 커패시터(C), 프리휠 다이오드(FRD2), 모터 권선(La)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게 회전하게 되고, 이에 의해 상기 B상의 상, 하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)가 동시에 턴온된다.

상기 B상의 상,하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)가 온됨에 따라 모터 권선 (Lb)으로 전류가 흐르게 되고, 이에따라 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 상, 하위 스위치소자(Q1b)(Q2b)는 동시에 턴오프되고, C상을 턴온시키기 위한 신호가 상,하위 스위치소자(Q1c)(Q2c)의 베이스로 공급되며, 이때 B상의 모터 권선(Lb)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드 (FRD5), 직류 링크 커패시터 (C), 프리휠 다이오드(FRD4), 모터 권선(Lb)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게회전하게 되고, 이에 따라 상기 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c)(Q2c)는 턴온되고, 모터 권선(Lc)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 회전자의 위치를 위치센서에서 검출하게 되고, 그 검출한 회전자 위치신호를 마이크로 컴퓨터(미도시)로 제공한다.

그러면 상기 마이크로컴퓨터는 각 상을 제어하기 위한 펄스폭변조신호를 스위칭소자의 게이트에 인가하여 그 스위칭소자의 스위칭주기를 조절하고, 이에 따라 모터의 속도가 제어된다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 장치는, 펄스폭변조신호의 듀티비를 이용하여 모터의 속도를 제어하는데, 펄스폭변조신호의 듀티가 작으면 스위칭소자의 도통시간이 작으므로 저속운전이 불가능한 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 펄스폭변조신호의 선행각 및 듀티 제어를 통하여 광역의 알피엠 제어가 가능하도록 한 에스알엠의 속도제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 에스알엠 구동회로의 구성을 보인 회로도.

도2는 본 발명 에스알엠의 속도제어방법이 적용되는 에스알엠의 구동회로에 대한 일실시예의 구성을 보인 회로도.

도3은 본 발명 에스알엠의 속도제어방법에 대한 동작흐름도.

도4은 도2에 있어서, 각부분의 타이밍도.

도5는 도2에 있어서, 알피엠과 지연시간의 관계를 보인 예시도.

도6는 도2에 있어서, 회전속도와 펄스폭변조신호의 관계를 보인 예시도.

도7은 도2에 있어서, 펄스폭변조신호의 듀티가 20%, 알피엠이 250인 경우에 대한 각부분의 신호 파형도.

도8은 도2에 있어서, 펄스폭변조신호의 듀티가 20%,알피엠이 300일 경우에 대한 각부분의 신호 파형도.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*****

Q1a,Q1b,Q1c:피엔피형 트랜지스터M1,M2,M3:엔모스트랜지스터

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사용자에 의해 모터의 희망 알피엠이 입력되면 그에 따라 모터를 구동하면서 현재 모터의 알피엠을 소정치와 비교하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 크면 선행각을 고정시킨 상태에서 현재 펄스폭변조신호의 듀티를 희망 알피엠의 듀티로 변화하여 출력하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 작으면 듀티를 고정시킨 상태에서 희망 알피엠의 듀티로 선행각을 변화하여 출력하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 에스알엠의 속도제어방법에 대한 실시예의 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도2는 본 발명 에스알엠의 속도제어방법이 적용되는 에스알엠의 구동회로에 대한 일실시예의 구성을 보인 회로도로서, 이에 도시한 바와같이 입력되는 전원을 평활시켜 얻어지는 직류전압을 모터로 공급하는 직류 링크 커패시터(C1)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선 (La,Lb,Lc)과, 이 모터 권선 (La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬 연결된 피엔피형 트랜지스터(Q1a ,Q1b ,Q1c ) 및 엔모스트랜지스터(M1,M2,M3)와, 상기 엔모트랜지스터 (M1,M2,M3)가 도통되면 전원이 충전되고, 그 엔모스트랜지스터 (M1,M2,M3)가 오프되면 그 충전전류로 상기 피엔피형트랜지스터(Q1a,Q1b ,Q1c)를 도통시키는 커패시터 (C2,C3,C4)와, 상기 피엔피 트랜지스터(Q1a ,Q1b ,Q1c )의 에미터와 엔모스트랜지터 (M1,M2,M3)의 드레인 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2 ,FRD4,FRD6)와, 상기 피엔피형 트랜지스터(Q1a ,Q1b ,Q1c )의 콜렉터와 엔모스트랜지스터(M1,M2,M3)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)와, 각상에 흐르는 전류를 검출하는 저항(Rd1 ,Rd2 ,Rd3)으로 구성한다.

도3은 본 발명 에스알엠의 속도제어방법에 대한 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 사용자에 의해 모터의 희망 알피엠이 입력되면 그에 따라 모터를 구동하면서 현재 모터의 알피엠을 소정치와 비교하는 제1 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 크면 선행각을 고정시킨 상태에서 현재 펄스폭변조신호의 듀티를 희망 알피엠의 듀티로 변화하여 출력하는 제2 과정과; 상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 작으면 듀티를 고정시킨 상태에서 희망 알피엠의 듀티로 선행각을 변화하여 출력하는 제3 과정으로 이루어지며, 이와같이 구성한 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 직류 링크 커패시터(C1)가 입력되는 전원을 평활시켜 만들어진 직류전압을 에스알엠(SRM)으로 공급하면, 상기 에스알엠(SRM)은 회전하게 되고, 이에따라 모터 내부에 포토 인터럽터와 각 상에 연계된 슬롯을 갖는 디스크를 설치함으로써 회전자의 위치를 위치센서에서 검출하게 된다.

여기서, A상이 유기되는 과정을 설명하면, 우선, 마이크로컴퓨터(미도시)는 도4의 (a) 같은 위치신호를 감지하여 그에 따라, 도4의 (b)와 같은 펄스폭변조신호로 A상의 엔모스트랜지스터(M1)에 인가하고, 이에 따라 상기 엔모스트랜지스터(M1)는 턴온되어 커패시터(C2)가 충전되며, 아울러 피엔피형 트랜지스터(Q1a)도 턴온되어 모터권선(La)에 도4의 (c)와 같은 상전압이 인가되고, 저항(Rd1)에 도4의 (d)와 같은 상전류가 검출된다.

이때, A상의 엔모스트랜지스터(M1)가 오프되면, 상기 커패시터(C2)에 충전된 전류가 상기 피엔피형 트랜지스터(Q1a)를 통해 흐르게 되어 그 피엔피형 트랜지스터(Q1a)는 고주파 스위칭을 행하지 않게 된다.

이후, 상기 A상의 엔모스트랜지스터(M1)는 턴오프시키고, B상을 유기시키기 위한 펄스폭변조신호를 B상의 모터 권선(Lb)에 직렬 연결된 엔모스트랜지스터(M2)의 게이트에 인가하는데, 이때, A상의 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3), 직류 링크 커패시터(C1), 프리휠 다이오드(FRD2), 모터 권선(La)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게 회전하게 된다.

이에 따라, 상기 엔모스트랜지스터(M2)는 턴온되어 커패시터(C3)가 충전됨과 아울러, 피엔피형 트랜지스터(Q1b)도 턴온되어 모터권선(Lb)에 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 A상의 엔모스트랜지스터(M2)는 턴오프시키고, C상을 유기시키기 위한 펄스폭변조신호를 C상의 모터 권선(Lc)에 직렬 연결된 엔모스트랜지스터(M3)의 게이트에 인가하는데, 이때, B상의 모터 권선(Lb)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD5), 직류 링크 커패시터(C1), 프리휠 다이오드(FRD4), 모터 권선(Lb)에 의해 제거되면서 모터는 원활하게 회전하게 된다.

이에 따라, 상기 엔모스트랜지스터(M3)는 턴온되어 커패시터(C4)가 충전됨과 아울러, 피엔피형 트랜지스터(Q1c)도 턴온되어 모터권선(Lc)에 전류가 흐르게 되고, 이에 따라 C상의 모터 권선(Lc)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이때, 도7과 같이, 펄스폭변조신호의 듀티가 20%, 알피엠이 250인 경우, 각 상의 피엔피형트랜지스터(Q1a,Q1b ,Q1c)를 구동하는 전압이 턴오프시 커패시터 (C2,C3,C4)의 충전전압에 의해 구동되며, 이 커패시터 (C2,C3,C4)의 방전시간 보다 충전시간이 짧아서 상기 피엔피형트랜지스터(Q1a,Q1b ,Q1c)의 액티브 영역이 발생하고, 이에 의해 상기 피엔피형트랜지스터(Q1a,Q1b ,Q1c)의 온도가 상승하여 파손되기도 한다.

이에 따라, 본 발명은 상술한 동작을 제어하는 펄스폭변조신호의 듀티비 및 선행각을 제어하여 스위칭소자의 파손없이 모터의 속도를 제어하는데, 이를 설명한다.

우선, 사용자에 의해 모터의 희망 알피엠이 입력되면, 마이크로컴퓨터(미도시)는 사용자의 희망 알피엠에 따른 펄스폭변조신호를 상기 엔모스트랜지스터(M1)에 인가하고, 이에 따라 상기 엔모스트랜지스터(M1)는 턴온되어 커패시터(C2)가 충전되며, 아울러 피엔피형 트랜지스터(Q1a)도 턴온되어 모터권선(La)에 상전압이 인가되고, 저항(Rd1)에 상전류가 검출된다.

상술한 동작과 같은 방법으로, B,C상이 구동되어 모터가 회전하게 된다.

여기서, 도6과 같이, 마이크로컴퓨터는 상기 모터의 회전속도가 '1500 RPM' 보다 큰지를 판단하여, 그 회전속도가 '1500 RPM' 보다 작으면, 펄스폭변조신호의 듀티를 고정시킨 상태에서 희망 알피엠의 듀티로 선행각을 변화하여 그에 따른 펄스폭변조신호를 엔모스트랜지스터(M1,M2,M3)의 게이트에 인가하고, 이에 의해 엔모스트랜지스터(M1),(M2),(M3)의 온/오프 주기가 제어되어 모터가 회전한다.

상술한 바와같이, 저속으로 모터가 구동하게 되면, 알피엠은 도5와 같이 지연시간에 비례하여 감소되는 특성을 가진다.

이후, 상기 모터의 회전속도가 '1500 RPM' 보다 크면, 선행각을 고정시킨 상태에서, 현재 펄스폭변조신호의 듀티를, 희망 알피엠의 듀티로 변화하여 상기 엔모스트랜지스터(M1,M2,M3)의 게이트에 순차적으로 인가한다.

이에 따라, 상기 엔모스트랜지스터(M1,M2,M3)는 순차적으로 도통되는데, 그도통시간은 상기 펄스폭변조신호의 듀티비가 커지면 증가하게 된다.

여기서, 도8은 펄스폭변조신호의 듀티비가 25%,알피엠이 1000일 경우에 대한 각부분의 신호 파형도이다.

다시 말해서, 본 발명은 사용자가 희망 알피엠을 입력하면, 모터의 속도가 소정 알피엠에 도달 할때까지는, 펄스폭변조신호의 듀티를 고정시킨 상태에서 선행각을 가변한 펄스폭변조신호로 각 상의 엔모스트랜지스 (M1,M2,M3)의 도통을 제어하다가, 모터의 속도가 소정 알피엠을 넘어서면, 선행각을 고정시킨 상태에서 펄스폭변조신호의 듀티를 가변하여 상기 각 상의 엔모트랜지스터(M1,M2,M3)의 도통을 제어함으로써 모터를 소정속도로 구동시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 별도의 전원과 상부스위치의 스위칭을 위한 별도의 드라이브 회로가 필요 없으므로 비용이 절감되고, 또한 선행각 및 듀티 제어를 통하여 광역의 알피엠 제어가 가능한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 사용자에 의해 모터의 희망 알피엠이 입력되면 그에 따라 모터를 구동하면서 현재 모터의 알피엠을 소정치와 비교하는 제1 과정과;

   상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 크면 선행각을 고정시킨 상태에서 현재 펄스폭변조신호의 듀티를 희망 알피엠의 듀티로 변화하여 출력하는 제2 과정과;

   상기 제1 과정의 비교결과, 현재 모터의 알피엠이 소정치 보다 작으면 듀티를 고정시킨 상태에서 희망 알피엠의 듀티로 선행각을 변화하여 출력하는 제3 과정으로 수행함을 특징으로 하는 에스알엠의 속도제어방법.
2. 제1 항에 있어서, 알피엠은 소정치보다 작으면 지연시간에 비례하여 감소되는 것을 특징으로 하는 에스알엠의 속도제어방법.