KR20040035358A - Control apparatus and method for brushless dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모터(motor)의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 토크 맥동(torque ripple)을 최소화하기 위한 브러시리스 직류 모터(brushless DC motor)의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for controlling a motor, and more particularly to an apparatus and method for controlling a brushless DC motor for minimizing torque ripple.
브러시리스 직류 모터는 브러시와 정류자 등의 기계적인 요소 대신 스위칭 소자로 구성된 정류 회로를 사용한다. 이 브러시리스 직류 모터는 마모에 따른 브러시의 교체가 필요 없으며, 전자파 장해(electromagnetic interference)와 소음이 적은 것이 특징이다. 이와 같은 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 구조를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Brushless DC motors use commutation circuits consisting of switching elements instead of mechanical elements such as brushes and commutators. The brushless DC motor does not require replacement of the brush due to wear, and is characterized by low electromagnetic interference and noise. The structure of such a brushless DC motor control apparatus will be described with reference to FIG. 1 as follows.
도 1은 종래의 브러시리스 직류 모터 제어 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 컨버터(104)와 캐패시터(108), 인버터(106)로 구성되는 전력 변환 장치는 교류 전원 장치(102)로부터 공급되는 교류 전원을 펄스 형태의 3상 교류 전원으로 변환하여 브러시리스 직류 모터(110)에 공급한다. 인버터(106)에서 브러시리스 직류 모터(110)로 공급되는 3상 교류 전원(U, V, W)의 각각의 상 전류는 전류 센서(112a, 112b)를 통해 검출된다. 검출된 상 전류의 정보는 제어부(114)에 제공되어 인버터 제어 신호를 발생시키는 근간이 된다. 브러시리스 직류 모터(110)의 회전자의 위치와 속도는 위치/속도 검출부(116)에 의해 검출되고, 검출된 회전자의 위치 정보는 제어부(114)에 제공되어 역시 인버터 제어 신호를 발생시키는 근간이 된다. 제어부(114)는 외부로부터 입력되는 속도 제어 신호와 상 전류 정보, 회전자의 위치 등을 참조하여 속도 제어 신호의 요구에 부합하도록 모터(110)의 회전 속도를 제어한다. 인버터 제어 신호는 인버터(106)에서 출력되는 3상 교류 전원(U, V, W)의 상 전환(phase commutation) 시점 및 상 전류의 크기를 제어하기 위한 것이다.1 is a block diagram showing a conventional brushless DC motor control apparatus. As shown in FIG. 1, the power converter including the converter 104, the capacitor 108, and the inverter 106 converts the AC power supplied from the AC power supply 102 into a three-phase AC power in the form of a pulse. Supply to the brushless DC motor (110). Each phase current of the three-phase alternating current (U, V, W) supplied from the inverter 106 to the brushless DC motor 110 is detected through the current sensors 112a and 112b. Information of the detected phase current is provided to the controller 114 to form a basis for generating an inverter control signal. The position and speed of the rotor of the brushless DC motor 110 are detected by the position / speed detection unit 116, and the detected position information of the rotor is provided to the control unit 114 to generate the inverter control signal. Becomes The controller 114 controls the rotation speed of the motor 110 to meet the demand of the speed control signal by referring to the speed control signal, phase current information, and the position of the rotor input from the outside. The inverter control signal is for controlling the phase commutation timing and the magnitude of the phase current of the three-phase AC power sources U, V, and W output from the inverter 106.
이와 같은 종래의 브러시리스 직류 모터(110)를 구동함에 있어서, 3상 교류 전원(U, V, W)의 상 전환이 이루어지는 시점에서 상 전류의 일시적인 감소로 인하여 토크 맥동이 발생한다. 브러시리스 직류 모터의 토크는 유기 전압과 전류의 곱으로 나타낼 수 있는데, 상 전환 구간에서 상 전류가 일시적으로 감소하여 토크 맥동이 발생된다. 이 토크 맥동은 소음 발생과 진동의 원인이 되기 때문에 이를 최소화하기 위한 제어 장치 및 방법이 요구된다.In driving such a conventional brushless DC motor 110, torque pulsation occurs due to the temporary decrease in the phase current at the time when the phase change of the three-phase AC power source (U, V, W) is made. The torque of the brushless DC motor can be expressed as the product of the induced voltage and the current. In the phase switching section, the phase current temporarily decreases, causing torque pulsation. Since this torque pulsation causes noise and vibration, a control device and a method for minimizing it are required.
브러시리스 직류 모터의 토크 맥동을 최소화하기 위해서는 상 전환 구간을 정확히 검출하여 부족한 전압을 보상해주어야 한다. 상 전환 구간을 정확히 검출하지 못하면 전류의 부족 보상 또는 과보상을 초래하기 때문에 토크 맥동의 최소화를 위해서는 정확한 상 전환 구간의 검출이 매우 중요하다. 브러시리스 직류 모터의 상전환 구간을 검출하기 위해 사용되는 기존의 방법으로는 전류 센서를 이용하여 상 전류를 검출하는 것을 들 수 있다. 그러나 도 1과 같이 각각의 상 전류를 검출하기 위해 2개의 전류 센서를 사용하는 것은 제조 원가 상승의 원인이 되어 생산자와 소비자 모두에게 큰 부담이 된다.In order to minimize torque pulsation of brushless DC motors, it is necessary to accurately detect the phase switching period and compensate for the insufficient voltage. Inaccurate detection of phase transitions is critical for minimizing torque pulsations, since it can lead to undercompensation or overcompensation of current. Conventional methods used to detect the phase switching period of a brushless DC motor include detecting a phase current using a current sensor. However, the use of two current sensors to detect each phase current as shown in FIG. 1 causes a rise in manufacturing cost, which is a great burden for both producers and consumers.
본 발명은 브러시리스 직류 모터에 공급되는 3상 전류의 상 전환 구간에서 일어나는 상 전류의 일시적 감소에 의한 토크 맥동을 최소화하기 위해 3상 교류 전원의 상 전환 시점 및 구간을 정확히 예측하여 검출하고, 검출된 상 전환 구간에서의 전류 감소를 보상하도록 하는데 그 목적이 있다.The present invention accurately predicts and detects phase switching timing and period of a three-phase AC power source in order to minimize torque pulsation caused by a temporary decrease in phase current occurring in a phase switching period of a three-phase current supplied to a brushless DC motor. The purpose of the present invention is to compensate for the decrease in current in the phase shift period.
도 1은 종래의 브러시리스 직류 모터 제어 장치를 나타낸 블록도.1 is a block diagram showing a conventional brushless DC motor control device.
도 2는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치를 나타낸 블록도.Figure 2 is a block diagram showing a brushless DC motor control apparatus according to the present invention.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 제어부의 구성을 나타낸 블록도.3 is a block diagram showing a configuration of a control unit of the brushless DC motor control apparatus according to the present invention shown in FIG.
도 4는 도 3의 제어 신호 변환부의 구성을 나타낸 블록도.4 is a block diagram illustrating a configuration of a control signal converter of FIG. 3.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 인버터의 구성을 나타낸 회로도.5 is a circuit diagram showing the configuration of an inverter of the brushless DC motor control device according to the present invention shown in FIG.
도 6은 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식을 나타낸 도면.6 is a diagram illustrating a rear end unipolar pulse width modulation method of a brushless DC motor control device.
도 7A 내지 도 7D는 상 전환 구간에서의 인버터 내부의 전류 흐름을 나타낸 도면.7A to 7D are diagrams showing current flow inside an inverter in a phase switching period.
도 8은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 방법을 나타낸 순서도.8 is a flowchart illustrating a control method of a brushless DC motor according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
210 : 브러시리스 직류 모터210: brushless DC motor
212 : 전류 센서212: current sensor
214 : 제어부214: control unit
302, 306 : 가산기302, 306: adder
308 : 전류 제어부308: current controller
310 : 제어 신호 변환부310: control signal conversion unit
316 : 상 전환 검출부316: phase change detection unit
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치는 전력 변환 장치와 제어부를 포함하여 이루어진다. 전력 변환 장치는 상용 교류 전원을 다상 교류 전원으로 변환한다. 제어부는 브러시리스 직류 모터의 회전자의 위치 정보와 전력 변환 장치의 음극에 흐르는 소호 상 전류의 소멸 시점을 통해 상 전환 구간을 검출하여 상 전환 구간 동안에 비전환 상의 평균 전압을 일정하게 유지하기 위한 보상 전압을 공급하도록 전력 변환 장치를 제어한다.The brushless DC motor control apparatus according to the present invention for this purpose comprises a power converter and a control unit. The power converter converts a commercial AC power source into a polyphase AC power source. The control unit detects the phase switching section based on the position information of the rotor of the brushless DC motor and the extinction point of the sub-phase current flowing through the cathode of the power converter, and compensates for maintaining a constant average voltage of the non-switching phase during the phase switching section. The power conversion device is controlled to supply a voltage.
또한, 상용 교류 전원을 다상 교류 전원으로 변환하는 전력 변환 장치를 통해 전력을 공급받는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 방법은 먼저 비전환 상 전류를 공급하여 모터를 구동하고, 구동 중인 모터의 회전자의 위치 정보를 통해 상 전환 시작점을 검출한다. 상 전환이 시작되면 상 전환에 따른 토크 맥동을최소화하기 위한 보상 전압을 공급하고, 전력 변환 장치의 음극(-)에 나타나는 소호 상 전류가 소멸되는 것으로부터 상 전환의 종료 시점을 검출하여 보상 전압의 공급을 중지하고 비전환 상 전류의 공급을 재개한다.In addition, the control method of the brushless DC motor according to the present invention, which is supplied with power through a power converter for converting commercial AC power into a polyphase AC power, first supplies a non-switched phase current to drive the motor, The starting point of phase change is detected by the position information of the rotor. When the phase change starts, the compensation voltage for minimizing the torque pulsation caused by the phase change is supplied, and the end point of the phase change is detected by detecting the extinction phase current appearing at the negative pole (-) of the power converter. Stop supply and resume supply of non-switched phase current.
이와 같은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 컨버터(204)와 캐패시터(208), 인버터(206)로 구성되는 전력 변환 장치는 교류 전원 장치(202)를 통해 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 다시 3상 교류 전원(U, V, W)으로 변환하여 브러시리스 직류 모터(210)에 공급한다. 컨버터(204)는 교류 전원을 직류로 변환하고, 인버터(206)는 직류 전원을 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 변환하여 브러시리스 직류 모터(210)에 공급한다.A preferred embodiment of the apparatus and method for controlling a brushless DC motor according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 to 8. 2 is a block diagram showing a brushless DC motor control apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the power conversion device including the converter 204, the capacitor 208, and the inverter 206 converts AC power supplied through the AC power supply 202 into DC power, and then converts the power into three phases. It is converted into AC power (U, V, W) and supplied to the brushless DC motor 210. The converter 204 converts AC power into DC, and the inverter 206 converts DC power into pulsed three-phase AC power U, V, and W to supply the brushless DC motor 210.
컨버터(204)와 인버터(206) 사이의 직류단 캐패시터(DC-link capacitor, 208)의 음극(-)을 흐르는 전류는 단일의 전류 센서(212)에 의해 검출되고, 검출된 전류 정보는 제어부(214)에 제공된다. 위치/속도 검출부(216)는 브러시리스 직류 모터(210)의 회전자의 속도와 위치를 검출하여 그 정보를 제어부(214)에 제공한다. 제어부(214)는 이와 같이 제공되는 전류량 정보와 위치/속도 정보를 근거로 하여 외부로부터 입력되는 속도 제어 신호의 값을 추종하도록 직류 모터(110)의 회전 속도를 제어한다. 이를 위해 인버터(206)는 인버터 제어 신호를 발생시켜서 인버터(206)에서 출력되는 3상 교류 전원(U, V, W)의 상 전환(phase commutation)시점 및 각 상의 전류를 제어한다. 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 가장 큰 특징은 단일의 전류 센서(212)를 사용하여 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에서 전류를 검출하는 것이다.The current flowing through the cathode (-) of the DC-link capacitor 208 between the converter 204 and the inverter 206 is detected by the single current sensor 212, and the detected current information is stored in the controller ( 214). The position / speed detector 216 detects the speed and position of the rotor of the brushless DC motor 210 and provides the information to the controller 214. The controller 214 controls the rotation speed of the DC motor 110 to follow the value of the speed control signal input from the outside based on the current amount information and the position / speed information provided in this way. To this end, the inverter 206 generates an inverter control signal to control the phase commutation timing and the current of each phase of the three-phase AC power sources U, V, and W output from the inverter 206. The biggest feature of the brushless DC motor control apparatus according to the present invention shown in FIG. 2 is the detection of current at the cathode (-) of the DC stage capacitor 208 using a single current sensor 212.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 제어부(214)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 속도 제어 신호와 현재의 속도 정보가 가산기(302)에 의해 가산되어 속도 제어부(304)에 제공된다. 속도 제어부(304)는 브러시리스 직류 모터(210)의 회전 속도가 속도 제어 신호의 값을 추종하도록 전류 명령을 발생시킨다. 이 전류 명령과 전류 센서(212)에 의해 검출된 전류 정보가 가산기(306)에 의해 가산되어 전류 제어부(308)에 제공된다. 전류 제어부(308)는 브러시리스 직류 모터(210)의 상 전류가 전류 명령을 추종하도록 하기 위한 제 1 전류 제어 신호(A)를 발생시킨다. 상 전환 검출부(316)는 위치/속도 검출부(216)에 의해 검출된 위치 정보와 전류 센서(212)에 의해 검출된 전류 정보를 통해 상 전환 구간을 검출하여 상 전환 검출 신호(D)를 발생시킨다. 이 상 전환 검출 신호(D)는 전류 제어부(308)에서 발생하는 제 1 전류 제어 신호(A)와 함께 제어 신호 변환부(310)에 입력된다.3 is a block diagram showing the configuration of the control unit 214 of the brushless DC motor control apparatus according to the present invention shown in FIG. As shown in FIG. 3, the speed control signal and the current speed information are added by the adder 302 and provided to the speed control unit 304. The speed controller 304 generates a current command so that the rotational speed of the brushless DC motor 210 follows the value of the speed control signal. This current command and current information detected by the current sensor 212 are added by the adder 306 and provided to the current controller 308. The current controller 308 generates a first current control signal A for causing the phase current of the brushless DC motor 210 to follow the current command. The phase change detection unit 316 detects a phase change section based on the position information detected by the position / speed detector 216 and the current information detected by the current sensor 212 to generate a phase change detection signal D. . The phase change detection signal D is input to the control signal converter 310 together with the first current control signal A generated by the current controller 308.
제어 신호 변환부(310)는 전류 제어부(308)에서 발생하는 제 1 전류 제어 신호(A)를 변환하여 내부적으로 제 2 전류 제어 신호(B, 미도시)를 발생시킨다. 상 전환 검출부(316)의 상 전환 검출 신호(D)는 제 1 전류 제어 신호(A)와 제 2 전류 제어 신호(A, B) 가운데 하나가 제 3 전류 제어 신호(C)로서 출력되도록 한다. 제어 신호 변환부(310)에서 출력되는 제 3 전류 제어 신호(C)는 인버터 제어부(314)에서 발생하는 인버터 제어 신호의 펄스폭을 결정한다.The control signal converter 310 internally generates the second current control signal B (not shown) by converting the first current control signal A generated by the current controller 308. The phase change detection signal D of the phase change detection unit 316 causes one of the first current control signal A and the second current control signals A and B to be output as the third current control signal C. The third current control signal C output from the control signal converter 310 determines the pulse width of the inverter control signal generated by the inverter controller 314.
도 4는 도 3의 제어 신호 변환부(310)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제어 신호 변환부(310)는 전류 제어부(308)에서 발생하는 제 1 전류 제어 신호(A)와 내부적으로 만들어지는 제 2 전류 제어 신호(B) 가운데 하나가 스위치(410)를 통해 리미터(412)에 입력되도록 구성된다. 증폭기(402)에 의해 만들어지는 제 1 전류 제어 신호(A)의 3/4 신호와 제 2 증폭기(404)에 의해 만들어지는 Amax의 1/2 신호, 신호 발생기(406)에 의해 만들어지는 Keω/2VDC신호가 가산기(408)를 통해 더해져서 제 2 전류 제어 신호(B)가 만들어진다. 제 2 증폭기(404)에 입력되는 Amax신호는 제 1 전류 제어 신호(A)가 가질 수 있는 최대 값으로서, 본 실시예에서는 1의 값을 갖는다.4 is a block diagram illustrating a configuration of the control signal converter 310 of FIG. 3. As shown in FIG. 4, the control signal converter 310 may include one of the first current control signal A generated by the current controller 308 and the second current control signal B generated internally. Is input to the limiter 412 via < RTI ID = 0.0 > 3/4 signal of the first current control signal A produced by the amplifier 402 and 1/2 signal of A max produced by the second amplifier 404, K produced by the signal generator 406 The e ω / 2V DC signal is added through the adder 408 to produce a second current control signal B. The A max signal input to the second amplifier 404 is the maximum value that the first current control signal A can have, and in this embodiment, has a value of 1.
제 1 및 제 2 전류 제어 신호(A, B) 가운데 하나를 선택하기 위한 스위치(410)는 상 전환 검출부(316)에서 발생하는 상 전환 검출 신호(D)에 의해 스위칭된다. 상 전환 구간이 아닌 동안에는 상 전환 검출부(316)는 스위치(410)의 접점이 S1 단자에 연결되도록 하여 제 1 전류 제어 신호(A)가 리미터(412)를 통해 제 3 전류 제어 신호(C)로서 출력되도록 한다. 이와 달리 상 전환 검출부(316)는 상 전환 구간 동안에는 스위치(410)의 접점이 S2 단자에 연결되도록 하여 제 2 전류 제어 신호(B)가 리미터(412)를 통해 제 3 전류 제어 신호(C)로서 출력되도록 한다. 제 3 전류 제어 신호(C)는 인버터 제어부(314)에 입력되어 인버터 제어 신호의 근간이 된다. 리미터(412)는 제 3 전류 제어 신호(C)의 크기를 일정 크기(예를 들면1) 미만으로 제한 한다.The switch 410 for selecting one of the first and second current control signals A and B is switched by the phase change detection signal D generated by the phase change detection unit 316. During the phase shift period, the phase shift detection unit 316 causes the contact of the switch 410 to be connected to the S1 terminal, so that the first current control signal A is transmitted as the third current control signal C through the limiter 412. To be printed. In contrast, the phase change detection unit 316 allows the contact of the switch 410 to be connected to the S2 terminal during the phase change period so that the second current control signal B is used as the third current control signal C through the limiter 412. To be printed. The third current control signal C is input to the inverter controller 314 to be the basis of the inverter control signal. The limiter 412 limits the size of the third current control signal C to less than a predetermined size (for example, 1).
제 1 전류 제어 신호(A)는 정상적인 상 전류를 발생시키기 위한 것이고, 제 2 전류 제어 신호(B)는 상 전환 구간에서 비전환 상의 평균 전압이 감소하지 않도록 보상 전류를 발생시키기 위한 것이다. 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식 사용 시 2상 통전 구간에서 제 1 전류 제어 신호(A)에 의해 통전되는 상에 인가되는 평균 전압 V1은 다음과 같이 표현된다.The first current control signal A is for generating a normal phase current, and the second current control signal B is for generating a compensation current so that the average voltage of the non-switched phase does not decrease in the phase switching period. The average voltage V1 applied to the phase energized by the first current control signal A in the two-phase energization period when using the rear end unipolar pulse width modulation method is expressed as follows.
(1) (One)
위의 식 (1)에서 VDC는 직류단의 캐패시터(208) 양단 전압이며, A는 제 1 전류 제어 신호의 크기로서 0<A<1의 값을 갖는다.In the above Equation (1), V DC is the voltage across the capacitor 208 of the DC terminal, and A has a value of 0 <A <1 as the magnitude of the first current control signal.
또 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식 사용 시, 상 전환 구간 동안 비전환 상에 인가되는 평균 전압 V2는 다음과 같이 표현된다.In addition, when using the rear-end unipolar pulse width modulation scheme, the average voltage V2 applied to the non-switched phase during the phase switching period is expressed as follows.
(2) (2)
위의 식 (2)에서 Ke는 역기전력 상수이고, ω는 회전 속도, VDC는 직류단의 캐패시터(208) 양단 전압, A는 제 1 전류 제어 신호의 크기로서 0<A<1의 값을 갖는다.In Equation (2), K e is the counter electromotive force constant, ω is the rotational speed, V DC is the voltage across the capacitor 208 of the DC terminal, A is the magnitude of the first current control signal, and a value of 0 <A <1. Have
비전환 상의 평균 전압이 변화하지 않기 위해서는 V1=V2의 조건이 성립되어야 하는데, 이 조건을 만족하는 제 2 전류 제어 신호(B)의 크기 B는 다음과 같이 나타낼 수 있다.In order that the average voltage of the non-switched phase does not change, a condition of V1 = V2 must be established. The magnitude B of the second current control signal B that satisfies this condition can be expressed as follows.
(3) (3)
위의 식 (3)에서 B의 크기는 0<B<1의 값을 갖는다.In Equation (3), the size of B has a value of 0 <B <1.
제 2 전류 제어 신호(B)는 정확히 상 전환 구간 동안에만 공급되어야만 평균 전압의 정확한 보상이 이루어진다. 만약 상 전환 구간이 종료되기 전에 제 2 전류 제어 신호(B)의 공급이 중단되면 부족 보상이 이루어지고, 상 전환 구간이 종료된 이후에도 계속 제 2 전류 제어 신호(B)가 공급되면 과보상이 이루어져 토크 맥동을 최소화할 수 없다. 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치 및 방법에서는 회전자의 위치 정보로부터 상 전환 구간의 시작점을 검출하고 직류단 캐패시터의 음극에 나타나는 소호 상 전류의 소멸 시점으로부터 상 전환 구간의 종료 시점을 검출하여 이 상 전환 구간 동안에만 보상 전류를 공급함으로써 토크 맥동을 최소화도록 한다. 이와 같은 본 발명에 따른 상 전환 구간 종료 시점 검출 방법에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하고자 한다.The second current control signal B must be supplied only during the phase shift period correctly to achieve accurate compensation of the average voltage. If the supply of the second current control signal B is stopped before the end of the phase switching period, undercompensation is performed. If the second current control signal B is still supplied even after the phase switching period is terminated, overcompensation is performed. Torque pulsation cannot be minimized. In the brushless DC motor control apparatus and method according to the present invention, the starting point of the phase switching section is detected from the position information of the rotor, and the end time of the phase switching section is detected from the disappearance of the sub-phase current appearing at the cathode of the DC stage capacitor. The torque pulsation is minimized by supplying a compensating current only during this phase transition period. Such a method for detecting a phase end point ending time point according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 3상 풀-브리지 인버터(206)의 구성을 나타낸 회로도로서, 다음에 설명하는 도 6의 3상 교류 신호들에 의해 각각의 스위칭 소자 즉 트랜지스터들(Q1~Q6)이 제어되어 상 전류의 전환이 이루어진다.FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the three-phase full-bridge inverter 206 of the brushless DC motor control apparatus according to the present invention shown in FIG. 2, and each of the three-phase AC signals of FIG. The switching elements, that is, the transistors Q1 to Q6 are controlled to switch the phase current.
도 6은 브러시리스 직류 모터 제어 장치의 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식을 나타낸 도면으로서, 인버터(206)를 구동하기 위한 인버터 제어 신호를 도시한 것이다. 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식에서는 도 6에 나타낸 것과 같은 120°통전 구간 가운데 후단부(out-going phase)의 60°구간에서 단일의 스위칭 소자의 온/오프(unipolar)에 의해 펄스폭이 변조된다.FIG. 6 is a diagram illustrating a rear end unipolar pulse width modulation scheme of the brushless DC motor controller, and illustrates an inverter control signal for driving the inverter 206. In the rear-end unipolar pulse-width modulation method, the pulse width is modulated by the on / off of a single switching element in the 60-degree section of the out-going phase in the 120-degree conduction section as shown in FIG. do.
도 6의 60°지점을 보면, 트랜지스터(Q2)를 통해 공급되는 상 전류의 점호 시점과 트랜지스터(Q1)를 통해 공급되는 펄스폭 변조 상 전류의 첫 번째 펄스가 서로 동기되어 있지 않다. 이와 같은 비동기에 의해 비전환 상의 평균 전압이 변동할 수 있기 때문에 토크 맥동을 최소화하기 위해 점호 상 전류의 점호 시점과 펄스폭 변조 상 전류의 첫 번째 펄스의 시작점을 동기 시킨다.6, the point of time of the firing of the phase current supplied through the transistor Q2 and the first pulse of the pulse width modulation phase current supplied through the transistor Q1 are not synchronized with each other. Since the average voltage of the non-switched phase may fluctuate due to this asynchronous, in order to minimize torque pulsation, the firing point of the firing phase current and the start point of the first pulse of the pulse width modulation phase current are synchronized.
도 7A 내지 도 7D는 상 전환 구간에서의 인버터 내부의 전류 흐름을 나타낸 도면으로서, U-V 상(0°∼60°구간)에서 U-W 상(60°120°구간)으로 전환되기까지의 전류 흐름을 단계적으로 나타낸 것이다. 도 7A에는 U-V 상(0∼60°구간)에서의 인버터(206)의 전류 흐름이 나타나 있다. 이 구간에서는 트랜지스터(Q1, Q6)가 턴 온되어 U-V 상 전류가 흐른다.7A to 7D are diagrams showing the current flow inside the inverter in the phase inversion period, in which the current flow from the UV phase (0 ° to 60 ° section) to the UW phase (60 ° 120 ° section) is gradually It is shown as. 7A shows the current flow in the inverter 206 on the U-V phase (0 to 60 degrees). In this section, the transistors Q1 and Q6 are turned on so that the U-V phase current flows.
이 상태에서 트랜지스터(Q6)가 턴 오프되고 트랜지스터(Q2)가 턴 온되면서 도 7B와 도 7C에 나타낸 것과 같이 U-V 상에서 U-W 상으로의 상 전환이 시작된다. 도 7B와 도 7C는 상 전환 구간에서의 소호되는 상 전류(702)와 점호되는 상 전류(704)의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 7B의 경우는 트랜지스터(Q1, Q2)가 모두 턴 온되어 있는 상태인데, 이 경우 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에는 새롭게 점호되는 상(W)의 전류(704)가 나타난다. 도 7C의 경우는 트랜지스터(Q1)가 턴 오프되고 트랜지스터(Q2)는 여전히 턴 온되어 있는 상태인데, 이 경우 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에는 소호되는 상(V)의 전류(706)만이 나타나고, 점호되는 상(W)의전류(708)는 캐패시터(208)의 음극(-)에는 미치지 못하고 다이오드(D4)를 통해 흐르게 된다. 이와 같은 전류의 흐름은 통전되는 두 개의 스위칭 소자를 동시에 온/오프시키는 바이폴라 펄스폭 변조 방식의 경우에도 유사하다. 따라서 후단부 유니폴라 펄스폭 변조 방식과 바이폴라 펄스폭 변조 방식 모두 인버터 직류단의 음극에 전류 센서를 설치하면 상 전환 구간 동안의 소호되는 상의 전류를 검출할 수 있으며, 소호되는 상 전류의 소멸 시점을 검출함으로써 상 전환 구간의 완료 시점을 정확하게 검출할 수 있다. 이 경우 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에 나타나는 전류만을 검출하면 그만이므로 단일의 전류 센서만으로도 상 전환 완료 시점의 검출이 가능하다. 이와 같이 구해진 상 전환 구간 동안 제 1 전류 제어 신호(A) 대신 제 2 전류 제어 신호(B)를 인버터 제어부(314)에 공급함으로써 상 전환 구간에서의 비전환 상의 평균 전압의 변동에 의한 토크 맥동을 최소화할 수 있다.In this state, the transistor Q6 is turned off and the transistor Q2 is turned on to start the phase transition from the U-V to the U-W phase as shown in FIGS. 7B and 7C. 7B and 7C show the flow of the phase current 702 to be arced and the phase current 704 to be arced in the phase switching section. In the case of FIG. 7B, the transistors Q1 and Q2 are both turned on. In this case, the current 704 of the newly-burned phase W appears at the cathode (−) of the DC-stage capacitor 208. In the case of FIG. 7C, the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is still turned on. In this case, the current 706 of the phase V which is extinguished to the negative electrode (-) of the DC-stage capacitor 208. Only appear, and the current 708 of the phase W being fired flows through the diode D4 without reaching the cathode (-) of the capacitor 208. This flow of current is similar in the case of bipolar pulse width modulation, which simultaneously turns on and off two energized switching elements. Therefore, if both current unipolar pulse width modulation method and bipolar pulse width modulation method are installed at the cathode of the inverter DC stage, the current sensor can be detected during phase switching period, and the time of extinction of the phase current being extinguished can be detected. By detecting, the completion time of a phase change section can be detected correctly. In this case, since only the current appearing on the negative electrode (-) of the DC-stage capacitor 208 is detected, only a single current sensor can detect the phase change completion time. The torque pulsation caused by the variation of the average voltage of the non-switched phase in the phase switching period is supplied by supplying the second control signal B to the inverter controller 314 instead of the first current control signal A during the phase switching period thus obtained. It can be minimized.
도 7D는 상 전환이 완료된 상태의 인버터(206)의 전류 흐름을 나타낸 도면으로서, 트랜지스터(Q1, Q2)가 모두 턴 온되어 있는 상태이다. 이 때 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에는 상 전환이 완료된 비전환 상 전류가 나타난다.FIG. 7D is a diagram showing the current flow of the inverter 206 in the phase switching completed state, in which the transistors Q1 and Q2 are both turned on. At this time, the non-switched phase current in which the phase change is completed appears on the negative electrode (-) of the DC stage capacitor 208.
도 8은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 비전환 상 전류를 공급하여 모터(210)를 구동한다(802). 회전자의 위치 정보를 통해 상 전환이 시작되는지를 감시하고(804), 상 전환이 시작될 때까지 비전환 상 전류의 공급을 지속한다. 상 전환이 시작되면(806) 상 전환에 따른 토크 맥동을 최소화하기 위한 보상 전압을 공급한다(808). 직류단 캐패시터(208)의 음극(-)에 나타나는 소호 상 전류가 소멸되는 것을 통해 상 전환의 종료 시점이 검출되면(810) 보상 전압의 공급을 중지하고 비전환 상 전류의 공급을 재개한다(812).8 is a flowchart illustrating a control method of a brushless DC motor according to the present invention. As shown in FIG. 8, the non-switched phase current is supplied to drive the motor 210 (802). The position information of the rotor is monitored to determine if phase switching is started (804), and the supply of non-switched phase current is continued until phase switching begins. Once the phase shift is initiated (806), a compensation voltage is provided (808) to minimize torque pulsation following the phase shift. When the end point of phase switching is detected through the disappearance of the sub-phase current appearing at the cathode (-) of the DC stage capacitor 208 (810), the supply of the compensation voltage is stopped and the supply of the non-switched phase current is resumed (812). ).
본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터 제어 장치 및 방법은 회전자의 위치 정보로부터 상 전환 구간의 시작점을 검출하고 직류단 캐패시터의 음극에 나타나는 소호 상 전류의 소멸 시점으로부터 상 전환 구간의 종료 시점을 검출하여 상 전환 구간 동안에만 보상 전압을 공급함으로써 브러시리스 직류 모터의 3상 교류 전원의 상 전환 시 발생할 수 있는 토크 맥동을 최소화한다.The brushless DC motor control apparatus and method according to the present invention detects the starting point of the phase switching section from the position information of the rotor and detects the end point of the phase switching section from the disappearance of the sub-phase current appearing at the cathode of the DC stage capacitor. By supplying a compensation voltage only during the phase transition period, torque pulsations that can occur during phase transition of the three-phase AC power source of the brushless DC motor are minimized.
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US5616994A (en) * | 1994-01-12 | 1997-04-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Drive circuit for brushless motor |
KR0122861Y1 (en) * | 1994-07-06 | 1998-12-15 | 이헌조 | Motor braking apparatus for a washing machine |
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KR19990011223A (en) * | 1997-07-22 | 1999-02-18 | 이형도 | Inverter Current Detection Circuit |
KR100296303B1 (en) * | 1999-01-08 | 2001-07-12 | 구자홍 | Torque ripple reductance of a bldc motor |
KR100332819B1 (en) * | 2000-05-22 | 2002-04-19 | 구자홍 | Apparatus and method for reducing torque ripple in three phase motor controller using four switching elements |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100643244B1 (en) * | 2005-03-28 | 2006-11-10 | 삼성전자주식회사 | Bldc motor controller and control method thereof |
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