KR20040008005A - Control system and method based on neutral voltage compensation of brushless dc motor - Google Patents

Control system and method based on neutral voltage compensation of brushless dc motor Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A neutral voltage compensation-based BLDC motor control system and a controlling method thereof are provided to control correctly the rotation of the BLDC motor by estimating accurately a position of a rotor and compensating a neutral point voltage on the basis of the position of the rotor. CONSTITUTION: A neutral voltage compensation-based BLDC motor control system includes a plurality of switches(Q1-Q6), a position estimation information generator(500), and a controller(600). The switches(Q1-Q6) are used for switching the current applied to the BLDC motor. The position estimation information generator(500) is used for generating the position estimation information to compensate a position of a rotor on the basis of output signals of the switches(Q1-Q6) and an output signal of the rotor of the BLDC motor. The controller(600) is used for controlling operations of the switches(Q1-Q6).

Description

중성점 전압 보상을 기반으로 한 비엘디씨 모터의 제어 시스템 및 그 방법{CONTROL SYSTEM AND METHOD BASED ON NEUTRAL VOLTAGE COMPENSATION OF BRUSHLESS DC MOTOR}CONTROL SYSTEM AND METHOD BASED ON NEUTRAL VOLTAGE COMPENSATION OF BRUSHLESS DC MOTOR}

본 발명은 중성점 전압 보상을 기반으로 한 비엘디씨 모터의 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로써, 특히 비엘디씨 모터의 회전에 의해 발생하는 중성점 전압을 이용해 회전자의 위치를 추정하고 추정 오차를 보상하여 제어하는 비엘디씨 모터의 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control system and a method of a BC motor based on the neutral point voltage compensation, in particular by using the neutral voltage generated by the rotation of the BC motor to estimate the position of the rotor and compensate for the estimation error The present invention relates to a control system and a method of controlling a BC motor.

일반적으로, 비엘디씨 모터(BLDC : Brushless DC motor, 브러시 없는 직류 모터)는 직류(DC)모터에서 브러시(Brush), 정류자(commutator) 등 기계적인 접촉부를 없애고, 이를 대신해 전자적인 정류 기구를 설치한 직류 모터를 말한다. 비엘디씨 모터의 고정자(stator)는 코일에 전류를 흘려 형성하는 전기자(armature)를 사용하고, 회전자(rotator)는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. 주지된 바와 같이, 비엘디씨 모터가 연속적으로 회전하기 위해서는 비엘디씨 모터에 연속적인 회전 자계가 형성되어야 한다. 연속적인 회전 자계를 형성하기 위해서는 전기자의 각 상(state)의 코일에 흐르는 전류에 대한 커뮤테이션(Commutation, 또는 전류)을 적절한 시점에 해야 하는데, 적절한 커뮤테이션을 위해서는 회전자의 위치를 인식해야 한다. 여기서, 커뮤테이션이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것을 말한다. 보통, 회전자의 위치를 인식하기 위한 장치로는 홀센서(Hall Sensor)나 리졸버(Resolver)소자 등이 이용된다. 비엘디씨 모터의 장점은 마모된 브러시 교환이 필요 없고, 이엠아이(EMI : Electromagnetic interference)의 노이즈가 적으며, 열전달 특성이 개선되어 같은 크기의 다른 모터보다 더 큰 파워를 얻을 수 있는 것이다.In general, a brushless DC motor (BLDC) removes mechanical contacts such as a brush and a commutator from a DC motor, and instead installs an electronic commutator. Refers to a DC motor. The stator of the BCD motor uses an armature that forms a current through a coil, and the rotor uses a permanent magnet formed by repeating the N pole and the S pole. As is well known, in order for the BCD motor to rotate continuously, a continuous rotating magnetic field must be formed in the BCD motor. In order to form a continuous rotating magnetic field, the commutation (or current) of the current flowing in the coil of each armature of the armature must be performed at an appropriate time. For proper commutation, the position of the rotor must be recognized. . Here, the commutation means to change the current direction of the motor stator coil so that the rotor can rotate. Usually, a Hall sensor or a resolver element is used as a device for recognizing the position of the rotor. The advantages of BCD motors are that they do not require worn brush exchanges, have less noise from EMI, and the heat transfer characteristics are improved, resulting in greater power than other motors of the same size.

일반적으로, 이와 같은 비엘디씨 모터를 제어하기 위한 제어 시스템은, 컨버터(converter), 인버터(inverter), 비엘디씨 모터 및 제어기를 구비한다. 보다 상세하게 설명하면, 컨버터가 전원 공급 장치로부터 공급받은 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 인버터에 전달하면, 인버터가 컨버터로부터 직류 전원을 공급받아 제어기로부터 오는 스위칭 동작 신호에 따라 스위칭 한다. 비엘디씨 모터는 인버터의 스위칭 동작에 의해 회전자를 회전시키고, 제어기는 회전자의 위치 및 속도를 검출하는 각종 센서로부터 검출된 신호를 수신하여 적절한 시점에 커뮤테이션을 수행하여 인버터의 스위칭 주기를 제어한다. 제어기는 비엘디씨 모터의 고정자에 3상 전류를 흘려서 회전자를 회전시키는 구동 제어를 수행한다. 제어기는 인버터의 스위칭 소자를 이용하여 비엘디씨 모터에 3상 전압을 공급하고 전압 및 전류를 제어한다. 이때, 회전자 영구자석의 정확한 위치에 따라서 적절한 인버터의 스위칭이 이루어져야만 비엘디씨 모터의 발생토크가 균일하게 일정한 값을 가지게 된다. 비엘디씨 모터는 기계적인 브러시와 정류자 대신에 회전자의 위치에 동기되어 적절한 전류를 공급해 주기 위하여 회전자의 위치정보가 필요하다. 회전자의 위치센서는 비엘디씨 모터의 가격상승, 부피 증가, 신뢰성 저하, 사용환경 제약 등 여러 가지 문제를 유발한다. 따라서, 이러한 문제를 극복하기 위하여 위치센서 없이 비엘디씨 모터를 구동하려는 연구가 꾸준히 진행되어 오고 있다. 이때, 회전자의 회전 위치를 정확하게 알지 못할 때는 토크리플(torque ripple)이 발생하게 되는데, 이러한 토크리플은 비엘디씨 모터의 진동 및 소음을 발생시키는 문제점이 있다.In general, a control system for controlling such a BC motor includes a converter, an inverter, a BC motor, and a controller. In more detail, when the converter converts the AC power supplied from the power supply device into DC power and transfers it to the inverter, the inverter receives DC power from the converter and switches according to a switching operation signal from the controller. The BLC motor rotates the rotor by the switching operation of the inverter, and the controller receives the signals detected from various sensors for detecting the position and speed of the rotor and performs commutation at an appropriate time to control the switching cycle of the inverter. do. The controller performs drive control to rotate the rotor by applying a three-phase current to the stator of the BCD motor. The controller supplies a three-phase voltage to the BCD motor and controls the voltage and current using the switching elements of the inverter. At this time, the proper torque of the inverter must be switched according to the exact position of the rotor permanent magnet so that the torque generated by the BCD motor has a uniform value. The BCD motor needs the position information of the rotor to supply the proper current in synchronization with the position of the rotor instead of the mechanical brush and commutator. The position sensor of the rotor causes various problems such as price increase of BCD motor, increase of volume, decrease of reliability and limitation of use environment. Therefore, studies to drive BCD motors without a position sensor have been steadily progressed to overcome this problem. At this time, when the rotation position of the rotor is not known accurately, torque ripple occurs, which has a problem of generating vibration and noise of the BCD motor.

이러한 토크리플을 줄이기 위해 사용되는 방법으로, 비엘디씨 모터에 인가되는 단자전압으로부터 역기전력의 일부 정보를 얻을 수 있다는 사실에 근거한 비엘디씨 모터의 단자전압 프로세싱(processing)방법이 있다. 단자전압 프로세싱 방법은 비엘디씨 모터의 단자전압을 위상 쉬프터(phase shifter, 예를 들어 저역 필터 등)를 통과시켜서 90도 위상차를 가지는 신호를 만들고, 90도 위상차를 가지는 신호의 제로크로싱(zero-crossing)신호에 대하여 신호 로직(logic)관계를 고려함으로써, 비엘디씨 모터의 각 상(a,b,c 상)의 역기전력에 대한 120도 플랫-탑(flat-top)부분의 위상 위치를 알 수 있다. 제어기는 상기한 플랫-탑 부분에 위상을 일치시켜서 비엘디씨 모터의 각 상에 전류가 흐를 수 있도록 인버터의 스위치를 스위칭 해준다.As a method used to reduce such torque ripple, there is a terminal voltage processing method of a BC motor based on the fact that some information of back EMF can be obtained from the terminal voltage applied to the BC motor. The terminal voltage processing method passes a terminal voltage of a BCD motor through a phase shifter (for example, a low pass filter) to produce a signal having a 90 degree phase difference, and zero-crossing a signal having a 90 degree phase difference. By considering the signal logic relationship with respect to the signal, the phase position of the 120 degree flat-top portion with respect to the counter electromotive force of each phase (a, b, c phase) of the BCD motor can be known. . The controller switches the switch of the inverter so that current flows in each phase of the BCD motor by matching the phase to the flat-top portion described above.

그러나, 비엘디씨 모터의 속도가 가변되면 비엘디씨 모터의 단자전압에 대한 주파수가 변하게 되고, 이로 인해 위상 쉬프터는 정확히 90도의 위상차를 만들어 줄 수 없는 문제점이 있다. 즉, 넓은 대역의 주파수를 가지는 단자전압신호가 위상 쉬프터를 통과할 때, 정확히 90도 위상차를 가지는 신호가 만들어지지 않아서 비엘디씨 모터의 회전자 위치에 대한 위상 오차가 발생한다. 도 1은 종래의 위상 오차가 발생한 경우 시간에 따라 비엘디씨 모터에 나타나는 토크리플 발생 관계를 나타내는 그래프인데, 비엘디씨 모터의 회전자에 대한 위상 오차가 발생하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 비엘디씨 모터의 각 상의 역기전력()과 상 전류()에는 위상 오차가 발생하게 되고, 위상 오차에 의해 비엘디씨 모터에서 발생하는 토크에 토크리플 성분이 포함되어진다. 이로 인해, 비엘디씨 모터의 회전을 정확히 제어할 수 없다.However, if the speed of the BCD motor is variable, the frequency of the terminal voltage of the BCD motor is changed, which causes the phase shifter to make a phase difference of exactly 90 degrees. That is, when a terminal voltage signal having a wide band frequency passes through the phase shifter, a signal having a phase difference of exactly 90 degrees is not produced, and a phase error with respect to the rotor position of the BC motor occurs. FIG. 1 is a graph showing a torque ripple generation relationship appearing in a BCD motor with time when a conventional phase error occurs. When a phase error occurs for a rotor of a BCD motor, as shown in FIG. Back EMF of each phase of DC motor ( ) And phase current ( ), The phase error occurs, and the torque ripple component is included in the torque generated by the BCD motor due to the phase error. As a result, the rotation of the BCD motor cannot be accurately controlled.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 비엘디씨 모터의 속도 변화에 관계없이 회전자 위치를 정밀하게 추정하고 이에 기초하여 비엘디씨 모터의 중성점 전압을 보상함으로써 비엘디씨 모터의 회전을 정확히 제어할 수 있는 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.In order to solve this problem, the technical problem of the present invention is to accurately estimate the rotor position irrespective of the speed change of the BCD motor and to compensate for the neutral point voltage of the BCD motor based on the BCD motor. The present invention provides a system and method capable of precisely controlling rotation.

본 발명의 다른 과제는 위치 감지 소자를 사용하지 않고 구현함으로써, 제조 원가를 감소시키고 구동회로가 간단해지며, 장시간 사용해도 파손되지 않는 비엘디씨 모터 제어 시스템을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a BLC motor control system that can be implemented without using a position sensing element, reducing the manufacturing cost, simplifying the driving circuit, and does not break even when used for a long time.

도 1은 종래의 위상 오차가 발생한 경우 시간에 따라 비엘디씨 모터에 나타나는 토크리플 발생 관계를 나타내는 그래프.1 is a graph showing a torque ripple occurrence relationship shown in a BCD motor with time when a conventional phase error occurs.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비엘디씨 모터 제어 시스템을 나타내는 구성 블록도.2 is a block diagram showing a BCD motor control system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정부를 보다 상세히 나타내는 구성 블록도.3 is a block diagram illustrating a position estimator in more detail according to an embodiment of the present invention.

도 4는 비엘디씨 모터의 역기전력과 전류 파형 사이의 위상각을 나타내는 그래프.4 is a graph showing the phase angle between the counter electromotive force and the current waveform of the BCD motor.

도 5는 위상각의 차이에 의해 발생하는 중성점 전압 파형을 나타내는 그래프.5 is a graph showing a neutral voltage waveform generated by a difference in phase angles.

도 6은 비엘디씨 모터에서 실측된 중성점 전압과 본 발명의 실시 예에 의해 추정되는 중성점 전압 파형을 나타내는 그래프.6 is a graph showing the neutral point voltage measured in the BCD motor and the neutral point voltage waveform estimated by the embodiment of the present invention.

도 7은 위치 추정 오차의 보상에 따른 중성점 전압 보상 결과를 나타내는 그래프.7 is a graph illustrating a neutral point voltage compensation result according to a compensation of a position estimation error.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 위치 추정 오차를 보상한 후의 역기전력과 전류의 위상 관계 및 이에 따른 중성점 전압을 나타내는 그래프.8 is a graph illustrating a phase relationship between a counter electromotive force and a current after the position estimation error is compensated according to an embodiment of the present invention, and a neutral point voltage according thereto.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100 : 전원 공급부100: power supply

200 : 인버터200: inverter

300 : 비엘디씨 모터300: BLC motor

400 : 단자전압 검출부400: terminal voltage detector

500 : 위치 추정부500: location estimation unit

600 : 전류 제어부600: current controller

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 비엘디씨 모터의 중성점 전압을 이용한 제어 시스템은, 상기 비엘디씨 모터의 전기자를 구성하는 복수개의 코일 각각에 인가되는 전류를 스위칭하기 위한 복수개의 스위치를 포함하는 스위칭 수단; 상기 스위칭 수단의 출력 값, 즉 전동기 단자전압을 기초로 회전자의 제1 위치 신호를 얻고, 상기 비엘디씨 모터에 공급되는 각 상의 역기전력과 인버터 직류전류를 이용하여 추정한 중성점전압을 보상함으로써 회전자의 제2 위치 신호를 얻어 상기 회전자의 위치를 추정하는 위치 추정 수단; 및 상기 위치 추정 수단의 출력에 기초하여, 상기 비엘디씨 모터가 회전할 수 있도록 상기 스위칭 수단의 스위치들의 개폐를 제어하는 제어 수단을 포함한다.In order to achieve the above object, a control system using a neutral point voltage of a BLC motor according to an aspect of the present invention includes a plurality of switches for switching a current applied to each of a plurality of coils constituting an armature of the BLC motor. Switching means including a switch; Obtaining the first position signal of the rotor based on the output value of the switching means, that is, the motor terminal voltage, and compensating the neutral point voltage estimated by using the counter electromotive force and inverter DC current supplied to the BCD motor Position estimating means for estimating a position of the rotor by obtaining a second position signal of; And control means for controlling opening and closing of the switches of the switching means, based on the output of the position estimating means, so that the BCD motor can rotate.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 비엘디씨 모터 제어 방법은, 비엘디씨 모터에 인가되는 전류를 스위칭하기 위한 복수개의 스위치를 구비하는 비엘디씨 모터 제어 시스템에 사용하기 위한 비엘디씨 모터 제어 방법으로써, 상기 비엘디씨 모터의 단자 전압 및 상기 복수개의 스위치로부터의 출력을 이용하여 상기 회전자의 위치를 보상하기 위한 위치 추정 신호를 생성하는 단계; 및 상기 회전자의 위치 추정 신호에 기초하여, 상기 비엘디씨 모터에 인가되는 전류의 스위칭을 제어하는 단계를 포함한다.The BCD motor control method according to another aspect of the present invention is a BLC motor control method for use in a BLC motor control system having a plurality of switches for switching a current applied to a BLC motor. Generating a position estimation signal to compensate for the position of the rotor using the terminal voltage of the DC motor and the outputs from the plurality of switches; And controlling switching of a current applied to the BC motor based on the position estimation signal of the rotor.

이하에서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비엘디씨 모터의 제어 시스템을 나타내는 구성 블록도 이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 중성점 전압 보상을 기반으로 한 비엘디씨 모터의 제어 시스템은 전원 공급부(100), 인버터(200), 비엘디씨 모터(300), 단자전압 검출부(400), 위치 추정부(500), 전류 제어부(600)를 포함한다.2 is a block diagram illustrating a control system of a BCD motor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the BCD motor control system based on the neutral point voltage compensation according to an embodiment of the present invention includes a power supply unit 100, an inverter 200, a BCD motor 300, and a terminal voltage detector. 400, the position estimator 500, and the current controller 600.

전원 공급부(100)는 상용 전원으로부터 입력되는 교류 전원을 직류 전원(Vd)으로 변환하여 인버터(200)에 공급한다. 설명의 편의상, 교류 전원으로부터 직류 전원(Vd)으로의 변환을 전원 공급부(100)에서 수행하는 것으로 설명하였으나, 실제로는 전원 공급부(100)에 연결된 컨버터(도시하지 않음)에서 수행된다. 인버터(200)는 동작에 필요한 직류 전원(Vd)을 컨버터로부터 전달받아 전류 제어부(600)로부터의 구동 신호에 의해 스위치(Q1~Q6)를 스위칭 하여 3상의 교류 전원으로 변환한다. 인버터(200)는 각 상에 흐르는 전류를 감지하는 단일의 직류전류 센서(210)를 더 포함한다. 인버터(200)의 스위칭 순서는 일반적인 3상 인버터의 스위칭 순서와 동일하므로 본 명세서에서 이에 대한 스위칭 순서의 설명은 생략한다. 본 발명의 실시 예에서 스위치(Q1~Q6)는 바이폴라 트랜지스터(transistor)를 예로 하여 설명되었으나, 스위칭 동작을 수행하는 다른 스위칭 소자를 사용할 수도 있다. 비엘디씨 모터(300)는 인버터(200)의 스위칭 동작에 의해 각 상(a상, b상, c상)으로 유입되는 상 전류()에 따라 회전자(도시하지 않음)를 회전시킨다. 통상, 비엘디씨 모터(300)는 권선 저항(R)과 인덕턴스(L)가 존재하는 3상의 코일에 의해 중성점(n)이 형성되는데, 일반적인 비엘디씨 모터(300)의 구조에 대한 설명은생략한다. 단자전압 검출부(400)는 인버터(200)와 비엘디씨 모터(300)사이에 연결된 리드선에 연결되어 이 지점의 전압을 측정한다. 단자전압 검출부(400)는 일반적으로 3상의 저항 분압회로로 구성되며, 이하에서 일반적인 단자전압 검출에 대한 설명은 생략한다.The power supply unit 100 converts AC power input from commercial power into DC power Vd and supplies the same to the inverter 200. For convenience of explanation, it has been described that the conversion from the AC power source to the DC power source Vd is performed by the power supply unit 100, but is actually performed by a converter (not shown) connected to the power supply unit 100. Inverter 200 receives a DC power supply (Vd) required for operation from the converter to switch the switch (Q1 ~ Q6) by a drive signal from the current control unit 600 to convert to three-phase AC power. The inverter 200 further includes a single DC current sensor 210 for sensing current flowing in each phase. Since the switching order of the inverter 200 is the same as that of a general three-phase inverter, a description of the switching order thereof will be omitted herein. In the exemplary embodiment of the present invention, the switches Q1 to Q6 have been described using bipolar transistors as examples, but other switching elements for performing a switching operation may be used. The BCD motor 300 is a phase current flowing into each phase (a phase, b phase, c phase) by the switching operation of the inverter 200 ( Rotate the rotor (not shown). In general, the BCD motor 300 has a neutral point n formed by a three-phase coil having a winding resistance R and an inductance L, and a description of the structure of a general BCD motor 300 will be omitted. . The terminal voltage detector 400 is connected to a lead wire connected between the inverter 200 and the BC motor 300 to measure the voltage at this point. The terminal voltage detector 400 generally includes a three-phase resistance divider circuit, and a description of general terminal voltage detection will be omitted below.

위치 추정부(500)는 단자전압 검출부(400)로부터 측정되는 단자전압(Va,Vb,Vc)을 기초로하여 개략적인 회전자의 위치 신호를 얻고, 전원 공급부(100)의 중간점(o)과 비엘디씨 모터(300)의 중성점(n) 사이에 인버터(200)의 동작에 따라서 나타나는 중성점 전압(Vno)을 기반으로 하여 회전자 위치 신호를 얻음으로써, 최종의 회전자 위치 추정 신호(θ)를 얻는다. 상기 개략적인 회전자의 위치 신호를 얻는 방법은 개루프(open loop)방식의 회전자 위치 추정방법이고, 중성점 전압(Vno)을 기반으로 하여 회전자 위치 신호를 얻는 방법은 폐루프(closed loop)방식의 회전자 위치 추정방법이다. 위치 추정부(500)는 이 두 가지 신호를 상보적으로 기능하도록 가산함으로써 최종적인 정밀한 위치 추정 신호(θ)를 얻을 수 있다.The position estimator 500 obtains a rough position signal of the rotor based on the terminal voltages Va, Vb, and Vc measured by the terminal voltage detector 400, and the intermediate point o of the power supply unit 100. And obtain a rotor position signal based on the neutral point voltage Vno which appears according to the operation of the inverter 200 between the neutral point n of the BCD motor 300 and the final rotor position estimation signal θ. Get The method for obtaining the position signal of the rough rotor is an open loop rotor position estimation method, and the method for obtaining the rotor position signal based on the neutral point voltage Vno is a closed loop. Rotor position estimation method. The position estimator 500 may add these two signals to complementarily function to obtain a final precise position estimation signal θ.

이렇게 정밀한 위치 추정 신호를 얻기 위한 개념을 나타내는 것이 도 3으로서 도 2의 위치 추정부(500)를 보다 상세히 나타내는 구성 블록도 인데, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정부(500)는 저역 필터부(510), 제로 크로싱 위치(zero-crossing position)검출부(520), 중성점 전압 추정부(530), 제1 가산부(540), PI 제어부(550), 제2 가산부(560)를 포함한다.3 is a block diagram illustrating the position estimator 500 of FIG. 2 in more detail. The position estimator 500 according to an embodiment of the present invention is a low pass filter unit. 510, a zero-crossing position detector 520, a neutral voltage estimator 530, a first adder 540, a PI controller 550, and a second adder 560. .

저역 필터부(510)는 단자전압 검출부(400)로부터 측정되는 3상의단자전압(Va,Vb,Vc)을 수신해 필터링하여 90도의 위상차를 가지는 단자전압(V'a,V'b,V'c) 신호로 변환한다. 제로 크로싱 위치 검출부(520)는 저역 통과 필터부(510)로부터 만들어진 90도의 위상차를 가지는 단자전압(V'a,V'b,V'c)을 수신하여 이 전압 신호파형이 영점을 통과하는 시간을 검출하여, 그 위치를 제1 회전자 위치값(θ1)으로 생성한다. 중성점 전압 추정부(530)는 직류전류 센서(210)로부터 측정한 직류단 전류 파형을 정류부(700)에 의해 정류(rectification)되어 얻어지는 직류 전류(|id|)와 비엘디씨 모터(300)의 회전속도에 따라서 결정되는 각 상의 역기전력의 크기(E)를 수신하여 추정된 중성점 전압(Vnop)을 발생한다. 제1 가산부(540)는 중성점 전압 추정부(530)로부터 추정된 중성점 전압(Vnop)을 수신하고, 위상각의 차가 영(0)이 되도록 보상하기 위해 설정된 중성점 전압 기준값(Vno = 0)과 추정된 중성점 전압(Vnop)을 가산한다. 다시 설명하면, 사전 설정된 중성점 전압 기준값(Vno = 0)은 비엘디씨 모터(300)의 전 속도범위에 걸쳐서 인버터(200)의 정상 동작구간에서 중성점 전압이 발생하지 않도록 보상하기 위한 값이다. PI(Proportional and Integral, 비례 적분)제어부(550)는 제1 가산부(540)로부터 가산된 중성점전압 오차신호를 수신하여 비례 적분 제어한다. 제2 가산부(560)는 제로 크로싱 위치 검출부(520)에서 검출한 제1 회전자 위치값(θ1)과, 추정된 중성점전압(Vnop)을 보상하기 위하여 필요한 제2 회전자 위치값(θ2)을 가산한 후, 최종적으로 위치 추정 신호(θ)를 생성하여 전류 제어부(600)에 전달한다.The low pass filter 510 receives the three-phase terminal voltages Va, Vb, and Vc measured from the terminal voltage detector 400 and filters the terminal voltages V'a, V'b, and V 'having a phase difference of 90 degrees. c) convert to a signal. The zero crossing position detector 520 receives a terminal voltage V'a, V'b, V'c having a phase difference of 90 degrees made from the low pass filter 510, and passes the zero voltage signal waveform through zero. Is detected and the position is generated as the first rotor position value θ 1 . The neutral point voltage estimator 530 rotates the DC current (| id |) obtained by rectifying the DC terminal current waveform measured by the DC current sensor 210 by the rectifier 700 and the BCD motor 300. The magnitude E of the back EMF of each phase determined according to the speed is received to generate an estimated neutral point voltage Vnop. The first adder 540 receives the neutral point voltage Vnop estimated from the neutral point voltage estimator 530 and compensates for the difference of the phase angles to be zero, and the neutral point voltage reference value Vno = 0. The estimated neutral point voltage Vnop is added. In other words, the preset neutral point voltage reference value (Vno = 0) is a value for compensating that the neutral point voltage does not occur in the normal operation section of the inverter 200 over the entire speed range of the BCD motor 300. The PI (Proportional and Integral) control unit 550 receives the neutral point voltage error signal added from the first adder 540 and performs proportional integration control. The second adder 560 is configured to compensate the first rotor position value θ 1 detected by the zero crossing position detector 520 and the estimated neutral point voltage Vnop, and the second rotor position value θ. After 2 ) is added, the position estimation signal θ is finally generated and transmitted to the current controller 600.

전류 제어부(600)는 직류전류 센서(210)로부터 검출된 전류를 양의 값으로변환하는 정류부(700)로부터 직류 전류(|id|)를 수신하고, 위치 추정부(500)로부터 추정된 회전자의 위치 추정 신호(θ)를 수신하여, 인버터(200)의 각 스위치(S1~S6)를 구동하기 위한 펄스폭 변조된 게이트(gate)구동 신호를 생성함으로써, 생성된 게이트 구동 신호로 스위칭 타이밍을 조절하여 인버터(200)의 스위치(S1~S6)를 구동한다.The current controller 600 receives a direct current (| id |) from the rectifier 700 that converts the current detected by the direct current sensor 210 into a positive value, and the rotor estimated from the position estimator 500. Receiving a position estimation signal θ and generating a pulse width modulated gate driving signal for driving each of the switches S1 to S6 of the inverter 200, thereby switching the switching timing to the generated gate driving signal. By adjusting, the switches S1 to S6 of the inverter 200 are driven.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 중성점 전압 보상을 기반으로 한 비엘디씨 모터의 제어 시스템의 작용에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the BCD motor control system based on the neutral point voltage compensation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

위치 추정부(500)의 저역 필터부(510)는 비엘디씨 모터(300)의 각 상에 대한 단자전압(Va,Vb,Vc)을 수신해 필터링 하여, 90도의 위상차를 가지는 단자전압 신호(V'a,V'b,V'c)를 제로 크로싱 위치 검출부(520)로 출력한다. 제로 크로싱 위치 검출부(520)는 저역 필터부(510)로부터 입력받은 90도의 위상차를 가지는 단자전압(V'a,V'b,V'c)신호로부터 비엘디씨 모터(300)의 제1 회전자 위치값(θ1)을 생성한다.The low pass filter 510 of the position estimator 500 receives and filters the terminal voltages Va, Vb, and Vc of each phase of the BCD motor 300, and outputs a terminal voltage signal V having a phase difference of 90 degrees. 'a, V'b and V'c are outputted to the zero crossing position detector 520. The zero crossing position detector 520 is a first rotor of the BC motor 300 from the terminal voltages V'a, V'b, and V'c having a phase difference of 90 degrees received from the low pass filter 510. The position value θ 1 is generated.

한편, 중성점 전압 추정부(530)는 직류전류 센서(210)로부터 검출된 직류 전류(|id|)와 비엘디씨 모터(300)의 회전자의 회전속도에 의해 발생하는 역기전력크기(E)를 제로 크로싱 위치 검출부(520)로부터 수신하여 중성점 전압을 추정한다. 이하에서는 추정된 중성점 전압(Vnop)을 발생하기 위한 원리를 설명한다.On the other hand, the neutral point voltage estimator 530 zeros the counter electromotive force E generated by the DC current (| id |) detected from the DC current sensor 210 and the rotational speed of the rotor of the BC motor 300. The neutral point voltage is received from the crossing position detector 520. Hereinafter, the principle for generating the estimated neutral point voltage Vnop will be described.

도 4는 비엘디씨 모터의 역기전력과 전류 파형 사이의 위상각을 나타내는 그래프인데, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전자의 회전에 의해 유도되는 각 상의 역기전력()의 파형은 120도 플랫-탑 형태의 사다리꼴을 가진다. 도 4에서, 회전자의 회전에 의해 유도되는 각 상의 역기전력()은, 인버터(200)를 통하여 역기전력의 플랫-탑 파형 부분(E)과 120도 구형파 전류인 각 상의 전류()가 서로 일치하도록 공급되어야 비엘디씨 모터(300)에 발생하는 토크가 리플이 없는 균일한 값이 된다. 이때, 각 상의 역기전력의 플랫-탑 파형 부분(E)보다 120도 구형파 전류인 각 상의 전류가 앞서서 흐르는 경우는 위상각 차(α)가 영(0)보다 작은 경우이며 이때의 위상각 차를 진상 위상차(leading α)라고 한다. 각 상의 역기전력()의 플랫-탑 파형 부분(E)보다 120도 구형파 전류인 각 상의 전류()가 더 늦게 흐르는 경우는 위상각 차(α)가 영(0)보다 큰 경우이며, 이때의 위상각 차를 지상 위상차(lagging α)라고 한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 각 상의 역기전력()을 정확히 추정해 내고 상 전류()의 위상을 역기전력()의 위상과 일치시켜야 비엘디씨 모터(300)에 토크리플이 발생하지 않는다.FIG. 4 is a graph showing the phase angle between the counter electromotive force and the current waveform of the BCD motor. As shown in FIG. 4, the counter electromotive force of each phase induced by the rotation of the rotor ( The waveform of) has a trapezoid of 120 degree flat-top shape. In Fig. 4, the counter electromotive force of each phase induced by the rotation of the rotor ( Is the flat-top waveform portion E of the counter electromotive force through the inverter 200 and the current of each phase (120 degrees square wave current) ) Are supplied to match each other so that torque generated in the BCD motor 300 becomes a uniform value without ripple. At this time, when the phase current difference α is smaller than zero (0) when the current of each phase, which is a 120-degree square wave current, flows ahead of the flat-top waveform portion E of the counter electromotive force of each phase, This is called the leading α. Back EMF of each phase Current in each phase that is 120 degrees square wave current than the flat-top waveform portion (E) of ) Is a case where the phase angle difference α is larger than zero (0), and the phase angle difference at this time is called lagging α. As shown in Fig. 4, the counter electromotive force of each phase ( ) And accurately estimate the phase current ( Phase of the back EMF ( Torque ripple does not occur in the BCD motor 300 to be matched with the phase of).

도 5는 위상각의 차이에 의해 발생하는 중성점 전압 파형을 나타내는 그래프인데, 도 5의 (a)는 도 4에 도시한 위상각 차이가 영(0), 도 5의 (b)는 위상각 차이가 진상, 도 5의 (c)는 위상각 차이가 지상인 경우의 각각에 대한 비엘디씨 모터(300)의 중성점 전압 파형을 나타내고 있다. 도 5(a)에서, 위상각 차가 영인 경우의 단자전압은 각각 60도 간격으로 커뮤테이션 구간마다 한번씩 발생하므로,비엘디씨 모터(300)가 한번 회전하는 360도에서 6개의 커뮤테이션 구간 중성점 전압 펄스가 발생한다. 도 5(b)의 위상각 차가 진상인 경우는, 도 5(a)와 같은 커뮤테이션 구간 중성점 전압 펄스가 나타난 직후에 인버터(200)의 정상동작 구간에서 새로운 중성점 전압 성분이 추가로 나타나고, 도 5(c)의 위상각 차가 지상인 경우에는 도 5(a)와 같은 커뮤테이션 구간 중성점 전압 펄스가 나타나기 직전에 인버터(200)의 정상동작 구간에서 새로운 중성점 전압 성분이 추가로 나타남을 알 수 있다. 이처럼, 위상각 차가 발생하지 않는 경우와 위상각 차가 진상 및 지상인 경우를 비교하여 보면, 인버터(200)의 정상동작 구간에서의 중성점 전압 성분은 위상각이 서로 일치하지 못하는 경우에 발생함을 알 수 있다. 세 가지 경우에 동일하게 나타나는 펄스 형태의 중성점 전압이 나타나는 구간은 인버터(200)가 커뮤테이션 모드(commutation mode)로 동작하는 구간이다.FIG. 5 is a graph showing a neutral voltage waveform generated by a difference in phase angles. FIG. 5A illustrates a phase angle difference of zero in FIG. 4 and a phase angle difference of FIG. 5B. 5 (c) shows the neutral point voltage waveform of the BCD motor 300 for each of the phase angle differences in the ground. In FIG. 5 (a), since the terminal voltage when the phase angle difference is zero is generated once in each commutation section at 60 degree intervals, the six commutation section neutral point voltage pulses at 360 degrees in which the BC motor 300 rotates once Occurs. If the phase angle difference of FIG. 5 (b) is true, a new neutral point voltage component is additionally shown in the normal operation section of the inverter 200 immediately after the commutation period neutral point pulse as shown in FIG. 5 (a). When the phase angle difference of 5 (c) is the ground, it can be seen that a new neutral point voltage component is additionally displayed in the normal operation section of the inverter 200 immediately before the commutation period neutral voltage pulse as shown in FIG. 5 (a). . Thus, comparing the case where the phase angle difference does not occur with the case where the phase angle difference is true and ground, it can be seen that the neutral point voltage component in the normal operation section of the inverter 200 occurs when the phase angles do not coincide with each other. Can be. In three cases, the section in which the neutral point voltage having the same pulse type appears is a section in which the inverter 200 operates in a commutation mode.

중성점 전압의 산출을 설명하기 위해, 도 3의 스위치(Q1)와 스위치(Q6)가 펄스 폭 변조(PWM)동작을 수행하고 있는 정상동작(normal mode)구간을 고려한다. 상기한 정상동작 구간이란, 커뮤테이션이 일어나지 않는 구간 즉, 인버터(200)의 임의의 스위치가 2개만 동작하고 있는 구간을 말한다. 예를 들어, 인버터(200)의 스위치(Q1) 및 스위치(Q6)가 온 상태인 경우 즉, a 상에서 비엘디씨 모터(300)를 거쳐 b 상으로 전류가 흐르는 정상동작 모드의 동작에 대해서 설명한다. 이와 대비되는 커뮤테이션 모드 구간은 전류의 흐름을 바꾸기 위해 임의의 스위치 3개가 동시에 동작하는 과도기 구간을 말한다.In order to explain the calculation of the neutral point voltage, the normal mode section in which the switches Q1 and Q6 of FIG. 3 perform the pulse width modulation PWM operation is considered. The above-described normal operation section refers to a section in which no commutation occurs, that is, a section in which only two arbitrary switches of the inverter 200 operate. For example, a description will be given of the operation of the normal operation mode in which the current flows to the b phase when the switch Q1 and the Q6 of the inverter 200 are in an on state, that is, through the BC motor 300 on a. . In contrast, the commutation mode section refers to a transition section in which three arbitrary switches operate simultaneously to change the flow of current.

인버터(200)의 정상동작 구간, 예를 들어, a 상에서 b 상으로 전류가 흐르는정상동작 구간에서 발생하는 중성점 전압(Vno)은 수학식 1과 같이 산출된다.The neutral point voltage Vno generated in the normal operation section of the inverter 200, for example, the normal operation section in which current flows from the a phase to the b phase, is calculated as in Equation 1 below.

: a 상의 역기전력,: b 상의 역기전력. = counter electromotive force on a, : back electromotive force on b.

상기한 수학식 1은 실제로 역기전력을 정확히 알아내기는 어렵기 때문에 사용하기에는 부적합한 식이므로 쉽게 산출해 낼 수 있는 중성점 전압 추정 식이 필요하다. 인버터의 정상동작 구간에서 나타날 수 있는 중성점 전압을 추정하기 위해, 중성점 전압 추정부(530)는 다음의 수학식 2와 같은 추정식으로부터 추정 중성점 전압(Vnop)을 산출한다.The above Equation 1 is not suitable for use because it is difficult to accurately determine the counter electromotive force, so a neutral point voltage estimation equation that can be easily calculated is required. In order to estimate the neutral point voltage that may appear in the normal operation period of the inverter, the neutral point voltage estimator 530 calculates an estimated neutral point voltage Vnop from the following equation.

(S : 인버터의 스위칭 함수 (1 또는 -1), R : 모터의 권선 저항, L : 모터의 권선 인덕턴스, E : 모터 상 역기전력의 크기, Vd : 직류 입력 전압, id : 직류 전류).(S: switching function of the inverter (1 or -1), R: winding resistance of the motor, L: winding inductance of the motor, E: magnitude of counter electromotive force on the motor, Vd: DC input voltage, id: DC current).

상기한 수학식 2에서, 직류 입력 전압(Vd)이 일정한 전압원이고, 비엘디씨 모터(300)의 권선 저항(R) 및 인덕턴스(L)가 미리 정해진 값이며, 스위칭 함수(S)가 인버터(200)의 동작 특성에 의해 1인 경우(스위치가 온 된 상태)라면, 상기한 수학식 2에 따른 중성점 전압의 추정값을 산출하기 위한 필요 정보는 직류 전류(|id|)와 비엘디씨 모터(300)의 회전속도에 의해 결정되는 역기전력 크기의값(E)뿐이다. 그러므로, 중성점 전압 추정부(530)는 직류전류 센서(510)로부터 검출된 직류 전류(|id|)와 각 상의 역기전력 크기(E)로부터 추정 중성점 전압(Vnop)을 산출할 수 있다. 상기한 스위칭 함수(S)는 스위치(Q1~Q6)의 상태에 따른 함수 값으로서, 스위칭 함수(S)값이 1이라는 의미는 인버터(200)의 스위치(Q1~Q6)가 온(On) 되는 경우를 의미하며, 스위칭 함수(S)값이 -1이라는 의미는 인버터(200)의 스위치가 오프(Off) 되는 경우를 의미한다. 스위칭 함수(S)값의 정의는 본 발명이 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 도 6은 비엘디씨 모터에서 실측된 중성점 전압과 본 발명의 실시 예에 의해 추정되는 중성점 전압 파형을 나타내는 그래프인데, 도 6의 (a)는 인버터(200)로 구동되는 비엘디씨 모터(300)에서 실측되는 중성점 전압 파형을 나타내며, 도 6의 (b)는 인버터(200)의 정상동작 동작에서 추정식인 상기 수학식 2에 의해 산출된 중성점 전압 파형을 나타낸다.In Equation 2, the DC input voltage (Vd) is a constant voltage source, the winding resistance (R) and inductance (L) of the BCD motor 300 is a predetermined value, the switching function (S) is the inverter 200 In the case of 1 (the switch is turned on) according to the operating characteristic of the above), the necessary information for calculating the estimated value of the neutral point voltage according to Equation 2 described above includes the direct current (| id |) and the BC motor (300). Only the value E of the back EMF is determined by the rotational speed of. Therefore, the neutral point voltage estimator 530 may calculate the estimated neutral point voltage Vnop from the DC current | id | detected from the DC current sensor 510 and the counter electromotive force magnitude E of each phase. The switching function S is a function value according to the states of the switches Q1 to Q6, and the value of the switching function S is 1 in which the switches Q1 to Q6 of the inverter 200 are turned on. When the switching function (S) is -1, the switch means that the switch of the inverter 200 is turned off. The definition of the switching function S is not limited to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing a neutral point voltage measured by a BCD motor and a neutral point voltage waveform estimated by an embodiment of the present invention. FIG. 6A illustrates a BDC motor 300 driven by an inverter 200. Referring to FIG. FIG. 6B illustrates the neutral point voltage waveform calculated by Equation 2, which is an estimation equation in the normal operation of the inverter 200. Referring to FIG.

제1 가산부(540)는 중성점 전압 추정부(530)로부터 추정된 중성점 전압(Vnop)을 수신하고, 위상각의 차가 영(0)이 되도록 하기 위하여 중성점 전압 기준값(Vno = 0)과 추정된 중성점 전압(Vnop)을 가산한다. 상기한 중성점 전압 기준 값(Vno = 0)은 위치 추정부(500)에 포함된 임의의 보상값 제공수단을 통해 공급될 수도 있고, 마이컴 등의 외부장치(도시하지 않음)로부터 공급되는 보상값일 수도 있으며, 본 발명이 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. PI 제어부(550)는 제1 가산부(540)로부터 가산된 추정된 중성점 전압(Vnop)과 중성점 전압 기준 값((Vno = 0) 사이의 오차 신호값을 수신하여 비례 적분 제어를 수행하여 제2 회전자 위치값(θ2)을 생성한다. 제2 가산부(560)는 제로 크로싱 위치 검출부(520)에서 생성된 제1 회전자 위치값(θ1)과 PI 제어부(550)에서 생성된 제2 회전자 위치값(θ2)을 가산한 후, 최종적인 회전자 위치 추정 신호(θ)를 생성하고, 생성된 위치 추정 신호(θ)를 전류 제어부(600)에 전달한다. 전류 제어부(600)는 위치 추정부(500)의 출력값인 위치 추정 신호((θ)를 수신하여, 인버터(200)의 스위치(Q1~Q6)에 대한 타이밍 제어를 수행한다.The first adder 540 receives the estimated neutral point voltage Vnop from the neutral point voltage estimator 530 and estimates the neutral point voltage reference value Vno = 0 so that the difference in phase angle becomes zero. The neutral point voltage Vnop is added. The neutral point voltage reference value Vno = 0 may be supplied through any compensation value providing means included in the position estimator 500 or may be a compensation value supplied from an external device (not shown) such as a microcomputer. The present invention is not limited only to the examples. The PI controller 550 receives an error signal value between the estimated neutral point voltage Vnop and the neutral point voltage reference value (Vno = 0) added from the first adder 540 to perform a proportional integral control to perform a second integral control. The rotor position value θ 2 is generated The second adder 560 is the first rotor position value θ 1 generated by the zero crossing position detector 520 and the first generated by the PI controller 550. After adding the two rotor position values θ 2 , a final rotor position estimation signal θ is generated, and the generated position estimation signal θ is transmitted to the current control unit 600. Current control unit 600 ) Receives a position estimation signal (θ) that is an output value of the position estimator 500, and performs timing control on the switches Q1 to Q6 of the inverter 200.

도 7은 위치 추정 오차의 보상에 따른 중성점 전압 추정 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7의 (a)는 시간의 경과에 따른 비엘디씨 모터(300)의 회전자 위치 추정값을 나타내는 그래프인데, 회전자의 위치 추정 오차가 영보다 큰(+) 경우는 지상, 위치 추정 오차가 영보다 작은(-) 경우는 진상을 나타낸다. 도 7의 (a)는, 초기의 위치 추정 오차가 진상 위상차 20도인 경우에서 시작하여, 본 발명의 실시 예에 따른 위치 추정 및 중성점 전압의 보상이 0.05초에서 실행되면서 위치 추정 오차가 줄어들고 최종적으로 위치 추정 오차가 제로(0)가 됨을 나타낸다. 도 7의 (b)는 상기한 수학식 2에 의해 추정된 인버터(200)의 정상동작 구간에서 발생하는 중성점 전압 성분이 위치 추정부(500)에 의해 보상되어 제거되는 현상을 나타낸다.7 is a graph illustrating a neutral point voltage estimation result according to compensation of a position estimation error. FIG. 7A is a graph showing the rotor position estimate of the BCD motor 300 over time. When the rotor position estimation error is greater than zero, the ground and the position estimation error are zero. The smaller (-) case indicates the truth. FIG. 7A illustrates a case where the initial position estimation error is 20 degrees of phase difference, and the position estimation error is reduced while finally performing the position estimation and the compensation of the neutral point voltage according to an embodiment of the present invention. It indicates that the position estimation error is zero. 7B illustrates a phenomenon in which the neutral point voltage component generated in the normal operation section of the inverter 200 estimated by Equation 2 is compensated and removed by the position estimator 500.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따라 위치 추정 오차를 보상한 후의 역기전력과 전류의 위상 관계 및 이에 따른 중성점 전압을 나타내는 그래프인데, 도 8의 (a)는 a 상에 흐르는 전류()와 a 상의 역기전력()이 지상 위상차를 가지므로 위치 추정 오차가 발생한 경우이다. 도 8의 (b)는 위치 추정부(500)가 위치 추정 오차를보상한 후, 보상된 위치 추정 결과를 기초로 전류 제어부(600)가 인버터(200)의 스위치(Q1~Q6)에 대한 타이밍 제어를 수행한 후의 역기전력과 전류의 위상 관계 및 이에 따른 중성점 전압을 나타낸다.8 is a graph illustrating a phase relationship between a counter electromotive force and a current and a neutral point voltage according to the current after compensating for a position estimation error, according to an exemplary embodiment of the present invention. ) And back EMF on a ) Has a ground phase difference, so a position estimation error occurs. 8B illustrates the timing of the switches Q1 to Q6 of the inverter 200 by the current controller 600 based on the compensated position estimation result after the position estimator 500 compensates for the position estimation error. The phase relationship between the counter electromotive force and the current after the control and the neutral point voltage according thereto are shown.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예는 하나의 실시 예에 지나지 않으며, 전술한 내용 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 및 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 물론이다.The embodiments of the present invention described above are not limited to the one embodiment only, and are not limited by the above-described contents and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit and scope of the present invention. Of course, change is possible.

이상에서와 같이, 본 발명의 중성점 전압 보상을 기반으로 한 비엘디씨 모터의 제어 시스템 및 그 방법은 비엘디씨 모터의 속도 변화에 관계없이 비엘디씨 모터의 중성점 전압을 이용해 회전자 위치를 정밀하게 추정하여 비엘디씨 모터의 회전을 제어할 수 있다. 또한, 본 발명은 종래의 비엘디씨 모터 제어 방식에 비해 비엘디씨 모터의 전체의 속도 범위에 걸쳐서 보다 안정적이고 정밀한 회전자의 위치 정보 추출함으로써 위치 추정 오차를 감소할 수 있다. 또한, 본 발명은 비엘디씨 모터의 회전자의 위치를 인식하는 홀센서 등의 위치 검출 센서 없이도 단자전압을 이용하여 회전자의 위치를 추정할 수 있으므로, 비엘디씨 모터의 중량 및 부피를 감소할 수 있고, 전력 밀도를 향상시킬 수 있으며, 시스템의 제작 가격 경쟁력의 강화 등의 효과가 있다. 이처럼, 본 발명은 추가되는 센서나 별도의 장치 없이도 단자전압을 이용하여 비엘디씨 모터의 제어를 구현함으로써, 간단하고 신뢰성이 높은 시스템을 제공하며, 가전기기, 로봇, 산업기기 등의 소형화 및 정밀화에 활용할수 있다.As described above, the BCD motor control system and its method based on the neutral point voltage compensation of the present invention accurately estimate the rotor position using the neutral point voltage of the BLC motor regardless of the speed change of the BLC motor. The rotation of the BCD motor can be controlled. In addition, the present invention can reduce the position estimation error by extracting the position information of the rotor more stable and precise over the entire speed range of the BCD motor compared to the conventional BCD motor control method. In addition, the present invention can estimate the position of the rotor using the terminal voltage without a position detection sensor such as a Hall sensor that recognizes the position of the rotor of the BCD motor, it is possible to reduce the weight and volume of the BCD motor In addition, the power density can be improved, and the manufacturing cost competitiveness of the system can be enhanced. As such, the present invention provides a simple and reliable system by implementing the control of the BCD motor using the terminal voltage without additional sensors or additional devices, and for miniaturization and precision of home appliances, robots, industrial equipment, etc. Can be used.

Claims (7)

비엘디씨 모터의 제어 시스템에 있어서,In the control system of the BCD motor, 상기 비엘디씨 모터에 인가되는 전류를 스위칭하기 위한 복수개의 스위치;A plurality of switches for switching a current applied to the BC motor; 상기 복수개의 스위치로부터의 출력 신호 및 상기 비엘디씨 모터의 회전자로부터의 출력 신호에 기초하여 상기 회전자의 위치를 보상하기 위한 위치 추정 정보를 발생하는 수단; 및Means for generating position estimation information for compensating the position of the rotor based on output signals from the plurality of switches and output signals from the rotor of the BC motor; And 상기 위치 추정 정보에 기초하여, 상기 복수개의 스위치들의 동작을 제어하는 제어 수단Control means for controlling the operation of the plurality of switches based on the position estimation information 을 포함하는 비엘디씨 모터 제어 시스템.BCD motor control system comprising a. 제1항에 있어서, 상기 위치 추정 정보 발생 수단은The method of claim 1, wherein the position estimation information generating means 상기 복수개의 스위치로부터 출력되는 각 상의 단자전압을 필터링하여 제1 각도의 위상차를 가지는 단자전압으로 변환하는 필터부;A filter unit for filtering terminal voltages output from the plurality of switches to terminal voltages having a phase difference of a first angle; 상기 제1 각도의 위상차를 가지는 단자전압으로부터 상기 회전자의 제1 위치 정보를 검출하는 회전자 위치 검출부;A rotor position detector for detecting first position information of the rotor from a terminal voltage having a phase difference of the first angle; 상기 복수개의 스위치로부터 출력되는 직류 전류와 상기 회전자로부터의 역기전력에 기초하여 중성점 전압을 추정하는 중성점 전압 추정부;A neutral point voltage estimator for estimating a neutral point voltage based on a direct current output from the plurality of switches and a counter electromotive force from the rotor; 상기 추정된 중성점 전압과 사전 설정된 중성점 전압 기준값을 이용하여 상기 각 상의 중성점 전압을 보상하여 상기 회전자의 제2 위치 정보를 생성하는 중성점 전압 보상부; 및A neutral point voltage compensator for generating second position information of the rotor by compensating the neutral point voltage of each phase by using the estimated neutral point voltage and a predetermined neutral point voltage reference value; And 상기 제1 위치 정보와 상기 제2 위치 정보를 가산하여 상기 회전자의 위치 추정 정보를 생성하는 가산부An adder configured to generate position estimate information of the rotor by adding the first position information and the second position information; 를 포함하는 비엘디씨 모터 제어 시스템.BCD motor control system comprising a. 제2항에 있어서, 상기 중성점 전압 보상부는The method of claim 2, wherein the neutral voltage compensator 상기 추정된 중성점 전압과 상기 중성점 전압 기준값을 가산하는 가산기; 및An adder for adding the estimated neutral point voltage and the neutral point voltage reference value; And 상기 가산기의 출력을 비례 적분 제어하여 상기 제2 위치 정보를 생성하는 비례 적분 제어기를 포함하는 비엘디씨 모터 제어 시스템.And a proportional integral controller configured to generate the second position information by proportionally integral controlling the output of the adder. 제2항에 있어서, 상기 중성점 전압 추정부는The neutral point voltage estimator of claim 2, wherein the neutral point voltage estimator (S : 상기 스위칭 수단의 스위칭 함수, R : 상기 비엘디씨 모터의 권선 저항, L : 상기 비엘디씨 모터의 권선 인덕턴스, E : 상기 비엘디씨 모터 각 상의 역기전력의 크기, Vd : 상기 스위칭 수단에 공급되는 직류 입력 전압, id : 상기 스위칭 수단에 공급되는 직류 전류)의 수학식을 이용해 상기 추정 중성점 전압(Vnop)을 산출하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터 제어 시스템.(S: switching function of the switching means, R: winding resistance of the BCD motor, L: winding inductance of the BCD motor, E: magnitude of counter electromotive force on each BLC motor, Vd: supplied to the switching means) And the estimated neutral point voltage (Vnop) is calculated using a formula of DC input voltage, id: DC current supplied to the switching means. 비엘디씨 모터에 인가되는 전류를 스위칭하기 위한 복수개의 스위치를 구비하는 비엘디씨 모터 제어 시스템에 사용하기 위한 비엘디씨 모터 제어 방법에 있어서,In the BCD motor control method for use in a BCD motor control system having a plurality of switches for switching the current applied to the BCD motor, 상기 비엘디씨 모터의 단자전압 및 상기 복수개의 스위치로부터의 출력을 이용하여 상기 회전자의 위치를 보상하기 위한 위치 추정 신호를 생성하는 단계; 및Generating a position estimation signal for compensating the position of the rotor using the terminal voltage of the BC motor and the outputs from the plurality of switches; And 상기 회전자의 위치 추정 신호에 기초하여, 상기 비엘디씨 모터에 인가되는 전류의 스위칭을 제어하는 단계Controlling switching of a current applied to the BC motor based on the position estimation signal of the rotor. 를 포함하는 비엘디씨 모터 제어 방법.BCD motor control method comprising a. 제5항에 있어서, 상기 위치 추정 신호 생성 단계는The method of claim 5, wherein the generating of the position estimation signal 상기 복수개의 스위치로부터 출력되는 각 상의 단자전압을 필터링하여 제1 각도의 위상차를 가지는 단자전압으로 변환하는 단계;Filtering terminal voltages output from the plurality of switches to terminal voltages having a phase difference of a first angle; 상기 제1 각도의 위상차를 가지는 단자전압으로부터 상기 회전자의 제1 위치 정보를 검출하는 단계;Detecting first position information of the rotor from a terminal voltage having a phase difference of the first angle; 상기 복수개의 스위치로부터 출력되는 직류 전류와 상기 회전자로부터의 역기전력에 기초하여 중성점 전압을 추정하는 단계;Estimating a neutral point voltage based on a direct current output from the plurality of switches and a counter electromotive force from the rotor; 상기 추정된 중성점 전압과 사전 설정된 중성점 전압 기준값을 이용하여 상기 각 상의 중성점 전압을 보상하여 상기 회전자의 제2 위치 정보를 생성하는 단계; 및Generating second position information of the rotor by compensating the neutral point voltage of each phase by using the estimated neutral point voltage and a predetermined neutral point voltage reference value; And 상기 제1 위치 정보와 상기 제2 위치 정보를 가산하여 상기 회전자의 위치추정 정보를 생성하는 단계Generating location estimation information of the rotor by adding the first location information and the second location information; 를 포함하는 비엘디씨 모터 제어 방법.BCD motor control method comprising a. 제5항에 있어서, 상기 위치 추정 신호 생성 단계는The method of claim 5, wherein the generating of the position estimation signal (S : 상기 스위칭 수단의 스위칭 함수, R : 상기 비엘디씨 모터의 권선 저항, L : 상기 비엘디씨 모터의 권선 인덕턴스, E : 상기 비엘디씨 모터 각 상의 역기전력의 크기, Vd : 상기 스위칭 수단에 공급되는 직류 입력 전압, id : 상기 스위칭 수단에 공급되는 직류 전류)의 수학식을 이용해 상기 추정 중성점 전압(Vnop)을 산출하는 것을 특징으로 하는 비엘디씨 모터 제어 방법.(S: switching function of the switching means, R: winding resistance of the BCD motor, L: winding inductance of the BCD motor, E: magnitude of counter electromotive force on each BLC motor, Vd: supplied to the switching means) And the estimated neutral point voltage (Vnop) is calculated using a formula of DC input voltage, id: DC current supplied to the switching means.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140057809A (en) * 2012-11-05 2014-05-14 현대모비스 주식회사 Position error calculating method in motor and system for that same
KR101448677B1 (en) * 2013-09-04 2014-10-10 계양전기 주식회사 Apparatus and method for estimating rotor position of brushless dc motor
KR20150038854A (en) 2013-10-01 2015-04-09 현대모비스 주식회사 Motor for implementing 2-mode neutral point winding and Electric vehicle using the same
KR20160005982A (en) 2014-07-08 2016-01-18 현대모비스 주식회사 Motor for implementing 2-mode neutral point winding and Control method thereof
CN113541540A (en) * 2020-04-16 2021-10-22 依必安派特穆尔芬根有限两合公司 Adjusting device and method for reducing switching angle error in EC motor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07284291A (en) * 1994-04-04 1995-10-27 Zexel Corp Driver of commutatorless dc electric motor
KR100218437B1 (en) * 1996-07-18 1999-09-01 구자홍 Driving method of senseless blds motor
JP3788492B2 (en) * 1997-10-17 2006-06-21 ダイキン工業株式会社 Method and apparatus for detecting rotational position of rotor of synchronous motor
JP2000175484A (en) * 1998-12-03 2000-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Sensorless drive and control apparatus for brushless motor
KR100327383B1 (en) * 2000-01-20 2002-03-13 구자홍 Method for detecting rotor position of bldc motor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140057809A (en) * 2012-11-05 2014-05-14 현대모비스 주식회사 Position error calculating method in motor and system for that same
KR101448677B1 (en) * 2013-09-04 2014-10-10 계양전기 주식회사 Apparatus and method for estimating rotor position of brushless dc motor
KR20150038854A (en) 2013-10-01 2015-04-09 현대모비스 주식회사 Motor for implementing 2-mode neutral point winding and Electric vehicle using the same
KR20160005982A (en) 2014-07-08 2016-01-18 현대모비스 주식회사 Motor for implementing 2-mode neutral point winding and Control method thereof
CN113541540A (en) * 2020-04-16 2021-10-22 依必安派特穆尔芬根有限两合公司 Adjusting device and method for reducing switching angle error in EC motor

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