KR20060069120A

KR20060069120A - 브러시리스 직류모터의 기동제어방법

Info

Publication number: KR20060069120A
Application number: KR1020040108214A
Authority: KR
Inventors: 이광운; 김대경; 이상택; 최현영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-21
Also published as: KR101041076B1; US7095204B2; US20060132075A1; AU2005203077B2; AU2005203077B9; AU2005203077A1

Abstract

본 발명은 브러시리스 직류모터의 센서리스 기동제어에 관한 것으로, 브러시리스 직류모터의 초기 기동단계에서 과전류가 발생되지 않도록 제어하여 기동 시 발생되는 진동 및 기동 실패율을 줄이는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 회전자 위치에 따라 고정자 권선에 인가되는 전류를 스위칭하여 브러시리스 직류모터의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 상기 회전자 위치를 강제 정렬하여 상 전환을 수행하고, 상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하여 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하고, 역기전력이 상승하는 구간이면 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 적분하여 그 결과가 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 역기전력이 하강하는 구간이면 상 전류 값이 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 상기 고정자 권선에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이면 센서리스 운전모드로 전환하는 것이다.

Description

브러시리스 직류모터의 기동제어방법{Method for control starting of brushless DC motor}

도 1은 일반적인 브러시리스 직류모터의 센서리스 운전제어 흐름도,

도 2는 일반적인 브러시리스 직류모터의 동기가속 및 센서리스 전환단계에서의 입력 패턴도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 브러시리스 직류모터의 센서리스 구동장치의 제어 구성도,

도 4는 본 발명에 적용되는 단자전압검출부의 세부 구성도,

도 5는 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도,

도 6은 본 발명의 전류 파형 및 상전환 시점 관계도,

도 7은 본 발명에 적용되는 후단부 유니폴러 PWM 패턴도,

도 8은 도 7의 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용할 때 브러시리스 직류모터의 단자전압 패턴도,

도 9는 본 발명에 의한 브러시리스 직류모터의 통전구간에 따른 OFF상 역기전력 기울기 및 상전환 시점 판단 기준도,

도 10은 본 발명에 의한 브러시리스 직류모터의 기동제어방법의 동작 흐름 도,

도 11은 도 10에서 역기전력 적분에 의한 상 전환시점 결정과정의 동작 흐름도,

도 12는 도 10에서 전류파형에 의한 상 전환시점을 결정과정의 동작 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 정류부 30 : 인버터

40 : 브러시리스 직류모터 50 : 단자전압검출부

60 : 전류검출부 70 : 제어부

80 : PWM신호발생부

본 발명은 브러시리스 직류모터(이하, BLDC 모터라 한다)의 센서리스 기동제어에 관한 것으로, 특히 BLDC 모터의 기동단계에서 과전류가 발생되지 않도록 제어하는 BLDC 모터의 기동제어방법에 관한 것이다.

통상, BLDC 모터의 고정자(stator)는 코일에 전류를 흘려 형성하는 전기자(armature)를 사용하고, 회전자(rotator)는 N극과 S극이 반복되어 형성된 영구자석을 사용한다. BLDC 모터가 연속적으로 회전하기 위해서는 BLDC 모터의 연속적인 회전자계의 형성이 필요하며, 연속적인 회전자계를 형성하기 위해서는 전기자의 각 상의 코일에 흐르는 전류의 전환(commutation)을 적절한 시점에 해야 하는데, 적절 한 전환을 위해서는 회전자의 위치를 정확히 인식해야 한다. 여기서 전환이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것이다.

이러한 BLDC 모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자의 위치와 상 전류의 전환시점을 정밀하게 일치시켜야 하며, 이를 위해 회전자의 위치를 검출하기 위한 장치가 요구되는데, 일반적으로는 회전자의 위치 검출을 위해 홀센서(Hall sensor)나 리졸버(Resolver) 소자, 인코더(encoder)와 같은 위치검출센서를 이용하였으나, 이러한 위치검출센서는 제조 원가가 상승하고 구동회로가 복잡해지는 등의 문제가 있기 때문에 전기회로를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 방안이 모색되었다.

그 결과로서, BLDC 모터의 역기전력을 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 전기회로가 많이 사용되고 있으며, 이렇게 위치검출센서 대신 전기회로를 이용하여 회전자의 위치를 검출하는 운전모드를 센서리스 운전모드라고 한다.

BLDC 모터의 센서리스 운전을 위해서는 센서리스 운전모드로 운전하기 이전에 초기 기동이 요구되는데, 이를 도 1 및 도 2에 도시하였다.

먼저, BLDC 모터의 임의의 2상(3상 모터의 경우)에 전류를 공급하여 회전자 위치를 강제로 정렬시키고(S10), 회전자의 정렬이 완료되면 BLDC 모터에 인가되는 전압의 크기와 주파수를 가변하여 BLDC 모터의 회전자를 일정속도까지 가속(도 2에 도시)하여 강제로 회전시키고(S20), BLDC 모터의 고정자 권선으로부터 역기전력 검출이 가능한 속도까지 회전자의 회전속도가 도달하면 BLDC 모터에 인가되는 전압의 크기를 조절(도 2에 도시)하여 회전자 자계와 고정자 자계의 위상을 조절한 후(S30), 센서리스 운전모드로 전환하여 BLDC 모터의 역기전력 정보로부터 간접 검출 된 회전자 위치정보를 이용하여 상 전환 및 속도제어를 하여 BLDC 모터를 운전한다(S40).

그런데, 이와 같은 종래 BLDC 모터의 센서리스 운전제어방법은, BLDC 모터를 구동하기 위해 회전자의 위치정보가 필수적으로 요구된다. 만약 회전자 위치 정보를 모르는 상태에서 임의의 고정자 권선에 전압을 인가하게 되면 과전류가 흐르게 되고, 이로 인해 토크 맥동이 크게 발생되며, 과전류에 의한 회전자의 영구자석 감자 우려도 있다.

또한, 센서리스 운전모드로 전환하기 이전에 회전자의 실제 위치와 관계없이 BLDC 모터에 특정 주파수 패턴을 가지는 전압을 인가하기 때문에 상술한 과전류에 의한 토크 맥동 발생 및 영구자석 감자 가능성이 크며, 과도한 토크 맥동에 의해 센서리스 운전모드로의 전환에 실패할 가능성이 크다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 BLDC 모터의 단자전압을 검출하여 0전압과 비교한 후 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP; Zero Crossing Point)를 검출하고, 역기전력의 평균 ZCP 검출시간의 절반에 해당하는 시간만큼 지연하여 상 전환을 수행하는 방식이 미국 특허공보 5859520호에서 제안되었다.

동 특허에서 제안된 방식은 인버터의 상위 스위칭소자들만을 PWM하고, 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 0전압과 비교하여 역기전력의 ZCP를 검출하고, 역기전력 ZCP 검출시점 평균의 1/2에 해당하는 시간만큼 지연하여 상 전환을 수행한다. 역기전력 ZCP 검출이 가능한 속도까지는 도 1 및 도 2와 마찬가지로 동기가속을 해야 한다.

그런데, 이와 같은 방식은 역기전력 ZCP 검출시점이 가능한 속도까지 동기가속을 해야 하므로 과전류 발생의 가능성이 있으며, 압축기와 같이 극 저속에서 부하변동이 큰 시스템에서는 역기전력 ZCP 검출시점 평균의 1/2에 해당하는 시간만큼 지연하여 상 전환을 수행할 때 정확한 상 전환시점에서 상 전환을 할 수 없기 때문에 과전류 발생의 가능성이 크다는 문제는 여전히 남아 있었다.

이외에도, 역기전력을 적분하여 그 결과를 특정 전압레벨과 비교하여 상 전환을 수행하는 센서리스 BLDC 모터의 기동제어방법이 10-15 March 1991 IEEE("Four-quadrant sensorless brushless ECM drive")에서 제안되었으나, 이 방법 역시 역기전력 검출이 가능한 속도까지 동기가속을 해야 하므로 초기 기동 시에는 과전류 발생의 가능성이 크다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 BLDC 모터의 초기 기동단계에서 발생되는 과전류를 억제하여 기동 시 발생되는 진동을 줄일 수 있는 BLDC 모터의 기동제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, BLDC 모터의 초기 기동단계에서 발생되는 과전류를 억제하여 센서리스 운전모드로의 전환이 안정적으로 이루어지도록 함으로써 기동 실패율을 줄일 수 있는 BLDC 모터의 기동제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회전자 위치에 따라 고정자 권선에 인가되는 전류를 스위칭하여 BLDC 모터의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 상기 BLDC 모터의 동기가속 도중에 상 전환을 수행하고, 상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하고, 검출된 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하여 상 전환시점을 결정하고, 결정된 상 전환시점으로부터 상기 고정자 권선에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이면 센서리스 운전모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 역기전력이 상승하는 구간이면 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 적분하여 그 결과가 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 상기 단자전압의 적분 결과값은 PWM OFF 구간에서 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압 신호를 A/D변환한 값인 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 역기전력이 하강하는 구간이면 상 전류 값이 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 상기 상 전류 값은 PWM ON 구간에서 통전 상의 전류검출 신호를 A/D변환한 값인 것을 특징으로 한다.

상기 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이 아니면 상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하여 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하는 단계로 복귀하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서리스 운전모드로의 전환단계이면, 상 전환을 수행하고 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 ZCP를 검출하여 ZCP 정보를 근거로 상 전환 및 속도제어를 하는 센서리스 운전을 행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 고정자 권선의 임의의 2개 상에 전류를 공급하여 회전자 위치를 강제 정렬하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 회전자 위치에 따라 고정자 권선에 인가되는 전류를 스위칭하여 BLDC 모터의 기동을 제어하는 방법에 있어서, 상기 회전자 위치를 강제 정렬하여 상 전환을 수행하고, 상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하여 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하고, 역기전력이 상승하는 구간이면 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 적분하여 그 결과가 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 역기전력이 하강하는 구간이면 상 전류 값이 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고, 상기 고정자 권선에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이면 센서리스 운전모드로 전환하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 브러시리스 직류모터의 센서리스 구동장치의 제어 구성도이다.

도 3에서, 본 발명의 BLDC 모터의 센서리스 구동장치는 정류부(20), 인버터(30), 단자전압검출부(50), 전류검출부(60), 제어부(70) 및 PWM신호발생부(80)를 포함하여 구성된다.

정류부(20)는 AC전원(10)을 정류 및 평활시켜 DC전원을 공급하는 것으로, 정류기(22) 및 평활 컨덴서(24)로 구성된다.

인버터(30)는 상기 정류부(20)에서 공급되는 DC전원을 임의의 가변주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류전원(U, V, W)으로 바꾸어 BLDC 모터(40)에 공급하는 것으로, 6개의 스위칭소자(Q1~Q6)와 다이오드로 구성된 통상의 스위칭회로이다.

단자전압검출부(50)는 BLDC 모터(40)에 공급되는 3상 교류전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하여 제어부(70)에 입력하고, 전류검출부(60)는 상기 정류부(20)로부터 인버터(30)에 공급되는 DC전원의 전류를 검출하여 제어부(70)에 입력한다.

제어부(70)는 상기 단자전압검출부(50)에서 검출된 각 상(U, V, W)의 단자전압에 따라 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 회전자의 위치정보를 획득하고, 상기 전류검출부(60)에서 검출된 전류 값에 따라 고정자 권선으로의 전압인가시점을 제어하여 BLDC 모터(40)에 과전류가 공급되지 않도록 인버터(30)에 공급되는 PWM신호의 패턴을 제어하는 마이크로프로세서로서, 이 제어부(70)는 전체적인 인버터(30) 제어 알고리즘을 수행한다.

PWM신호발생부(80)는 상기 제어부(70)의 출력에 의해 PWM신호의 패턴을 발생하여 인버터(30)에 공급한다.

도 4는 본 발명에 적용되는 단자전압검출부의 세부 구성도이다.

도 4에서, BLDC 모터(40) 각 상(U, V, W)의 단자 전압은 저항(R1,R2)에 의해 분압되어 제어부(70)의 A/D입력포트(72)로 입력된다. 이때 각각의 저항분배회로(R1,R2)에 의해 분압된 전압 값이 각 상 단자 전압의 A/D입력전압 범위 내에 한정될 수 있게 A/D입력포트(72)에 별도로 제너다이오드를 추가하기도 한다.

또한, 센서리스 운전구간에서는 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하기 위해 각 상(U, V, W)의 단자전압과 인버터 직류단 전압(V)의 절반(1/2) 값을 비교기(52)를 통해 비교한 결과를 제어부(70)의 디지털 입력포트(74)로 입력한다.

도 5는 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도로서, BLDC 모터(40)에서 고정자 권선의 상 전환 타이밍이 늦거나 빠른 경우 상 전류 파형에는 도 5의 (a)와 (b)와 같이 상 전류 파형에 맥동이 발생한다.

센서리스 운전모드에서는 BLDC 모터(40)를 초기 기동할 때 기동 실패율을 줄이기 위해서 BLDC 모터(40)에 인가된 부하에 적절한 전압보다 더 큰 전압을 BLDC 모터(40)에 인가한다. 따라서 BLDC 모터(40)를 동기 가속하는 구간에서는 도 5의 (a)와 같이 고정자 권선의 상 전환 타이밍이 늦은 경우가 지배적으로 발생한다.

도 5의 (a)는 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압인가시점이 늦은 경우로서, 역기전력과 상 전류의 위상이 서로 일치하지 않을 뿐만 아니라 상 전류의 후반부에서 상 전류의 크기가 과도하게 커지는 것을 알 수 있다.

도 5의 (b)는 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압인가시점이 빠른 경우로서, 역기전력과 상 전류의 위상이 서로 일치하지 않을 뿐만 아니라 상 전류의 전반부에서 상 전류의 크기가 과도하게 커지는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 전류 파형 및 상전환 시점 관계도로서, 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압인가시점에 따른 상 전류의 변화를 나타낸 것이다.

도 6에서, 동기가속구간에서 상 전류를 검출하고, 검출된 상 전류가 특정 전류레벨(TH1)보다 크면 상 전환을 수행함으로써 고정자 권선의 전환 타이밍이 적절한 값을 찾아가도록 할 수 있다.

여기서, 특정 전류레벨(TH1)은 상 전환 직후 상 전류(I_c)의 1.5배 정도로 한다.(TH1 = 1.5*I_c)

상 전류의 크기로부터 상 전환 시점을 판단하는 알고리즘만으로 적절한 상 전환 타이밍을 구하는 데는 한계가 있다. 상 전환타이밍이 늦은 경우 상 전류 만으로 상 전환시점을 결정하면, 결정된 상 전환시점이 계속 지연될 우려가 있기 때문이다. 이러한 문제점은 전압이 인가되지 않는 상(OFF상)의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하고, 이를 적분하여 상 전환시점을 결정함으로써 해결할 수 있다.(도 9참조)

도 7은 본 발명에 적용되는 후단부 유니폴러 PWM 패턴도이고, 도 8은 도 7의 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용할 때 브러시리스 직류모터의 단자전압 패턴도이다.

도 8에서, 후단부 유니폴러(unipolar) PWM 패턴을 사용할 때 전압이 인가되지 않는 상(이하, OFF상이라 한다)의 역기전력(e)이 상승하는 구간에서 PWM이 OFF상태일 때 OFF상의 단자전압 V_off는 다음과 같다.

V_off = 1.5*e …… [식 1]

반면에, OFF상의 역기전력(e)이 하강하는 구간에서 V_off PWM의 ON/OFF 상태에 따라 다음과 같다.

V_off = V/2 + e (PWM = ON) (2)

V_off = V + e (PWM = OFF) (3)

여기서, V는 인버터(30) 직류단 전압 크기이다.

역기전력(e)이 상승하는 구간에서 V_off는 역기전력(e)이 하강하는 구간에서의 V_off에 비해 작은 값을 가진다.

상기 [식 1]에 나타난 바와 같이, 0전압을 기준으로 OFF상 역기전력(e)의 1.5배에 비례함을 알 수 있다. 반면 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 V/2 또는 V를 기준으로 OFF상 단자전압에 역기전력 정보가 나타난다.

따라서, 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 도 4의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off값을 제어부(70)의 A/D입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하여도 A/D입력포트(72)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호를 큰 감쇄없이 포함하고 있다.

반면, 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 도 4의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off 값을 제어부(70)의 A/D입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하는 경우 A/D입력포트(72)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호가 크게 감쇄된 값을 가지게 된다.

BLDC 모터(40)가 저속으로 회전할 때는 역기전력 값이 작은 값을 가진다.

따라서, 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용하는 경우 OFF상의 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 OFF상의 단자전압으로부터 비교적 정확한 역기전력 정보 검출이 가능하다. 압축기와 같이 저속에서 부하 변동이 심한 시스템에서는 OFF상의 단자전압으로부터 검출한 역기전력을 적분함으로써 비교적 정확한 상전환 시점을 구할 수 있다.

도 9는 본 발명의 브러시리스 직류모터의 통전구간에 따른 OFF상 역기전력 기울기 및 상전환 시점 판단도로서, 역기전력(e)의 기울기를 검출하여 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 OFF상의 단자전압으로부터 검출한 역기전력을 적분하여 상 전환시점을 결정하고, 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 상 전류의 크기로부터 상 전환시점을 결정하는 것을 나타낸 것이다.

도 10은 본 발명에 의한 브러시리스 직류모터의 기동제어방법의 동작 흐름도로서, BLDC 모터(40)의 초기 기동부터 센서리스 운전모드로 전환하기까지의 제어방법을 나타낸 것이다.

도 10에서, BLDC 모터(40)의 2개의 고정자 권선에 전류를 인가하여 회전자 위치를 강제로 정렬시킨다(S100).

회전자 위치의 정렬이 완료되면, BLDC 모터(40)에 인가되는 전압의 크기와 주파수를 가변하여 BLDC 모터(40)의 회전자를 일정속도까지 가속하는 동기가속을 실시하면서 상 전환을 수행한다(S200).

예를 들어, 회전자의 강제 정렬 시 U-V상 권선에 전류를 공급하였다면 U-W상으로 상 전환을 하여 U-W상 권선에 전류를 공급한다.

상 전환의 수행 시, OFF상의 역기전력이 상승하는 구간(도 8참조)인지를 판단하여(S300), 역기전력이 상승하는 구간이면 도 8에 도시한 바와 같이, 역기전력을 적분하여 정확한 상 전환시점을 결정한다(S400).

상 전환의 수행 시, OFF상의 역기전력이 상승하는 구간이 아니면 도 6에 도시한 바와 같이, 상 전류 파형으로부터 정확한 상 전환시점을 결정한다(S500).

BLDC 모터(40)의 상 전환시점이 결정되면, 현재 회전자에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 각 상의 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간인지를 검출하여 센서리스 운전모드로의 전환단계인지를 판단하고(S600), 센서리스 전환단계가 아니면 상기 단계S200으로 피드백되어 상 전환을 수행한다.

센서리스 전환단계이면, 상 전환을 수행하고(S700), 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 정보를 근거로 상 전환 및 BLDC 모터(40)의 회전속도를 제어하는 센서리스 운전모드를 수행한다(S800).

다음에는, 도 10의 브러시리스 직류모터의 기동제어방법에서 역기전력 적분에 의한 상 전환시점 결정과정을 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.

도 11에서, 역기전력이 상승하는 구간이면 적분변수(integ)를 0으로 설정하고(S410), PWM이 OFF구간인지를 판단한다(S420).

PWM OFF구간이면 저항분배회로(R1,R2)를 거친 OFF상의 단자전압 신호를 제어부(70)의 A/D입력포트(72)에서 입력 받아 A/D변환하고(S430), A/D변환한 결과값(result)을 적분변수(integ)에 더하여 적분변수(integ)를 재설정한다(S440).

재설정한 적분변수(integ)를 미리 정해진 적분레벨(TH2; 상 전환시점을 판단하기 위한 적분 기준 값)과 비교하여 적분변수(integ)가 적분레벨(TH2)보다 크면 현재 시점을 상 전환시점으로 결정하고(S460), 적분변수(integ)가 특정레벨(TH2)보다 크지 않으면 다음 PWM 1주기동안 기다리면서 단계S420으로 피드백한다(S452).

다음에는, 도 10의 브러시리스 직류모터의 기동제어방법에서 전류 파형에 의 한 상 전환시점 결정과정을 도 12를 참조하여 상세히 설명한다.

도 12에서, 역기전력이 하강하는 구간이면 PWM이 ON구간인지를 판단하여(S510), PWM ON구간이면 전류검출부(60)에서 검출한 통전 상의 전류를 제어부(70)의 A/D입력포트(72)에서 입력 받아 A/D변환하고(S520), A/D변환한 전류 결과값(result2)을 미리 정해진 전류레벨(TH1; 상 전환시점을 판단하기 위한 전류 기준값, 도 6참조)과 비교하여 전류 결과값(result2)이 전류레벨(TH1)보다 크면 현재 시점을 상 전환시점으로 결정하고(S540), 전류 결과값(result2)이 전류레벨(TH1)보다 크지 않으면 다음 PWM 1주기동안 기다리면서 단계S510으로 피드백한다(S532).

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 BLDC 모터의 기동제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 BLDC 모터의 기동제어방법에 의하면, BLDC 모터의 초기 기동단계에서 과전류가 발생되지 않도록 제어하여 기동 시 발생되는 진동을 줄일 수 있으며, 센서리스 운전모드로의 전환이 안정적으로 이루어져 기동 실패율을 줄일 수 있다.

또한, BLDC 모터를 채용한 압축기의 냉장고 또는 에어컨에 있어서 본 발명을 적용하면 소비자 불만 중 하나인 기동소음문제도 해결할 수 있다.

Claims

회전자 위치에 따라 고정자 권선에 인가되는 전류를 스위칭하여 브러시리스 직류모터의 기동을 제어하는 방법에 있어서,

상기 브러시리스 직류모터의 동기가속 도중에 상 전환을 수행하고,

상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하고,

검출된 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하여 상 전환시점을 결정하고,

결정된 상 전환시점으로부터 상기 고정자 권선에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이면 센서리스 운전모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 역기전력이 상승하는 구간이면 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 적분하여 그 결과가 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 2항에 있어서,

상기 단자전압의 적분 결과값은 PWM OFF 구간에서 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압 신호를 A/D변환한 값인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기 동제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 역기전력이 하강하는 구간이면 상 전류 값이 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 4항에 있어서,

상기 상 전류 값은 PWM ON 구간에서 통전 상의 전류검출 신호를 A/D변환한 값인 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이 아니면 상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하여 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하는 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 센서리스 운전모드로의 전환단계이면, 상 전환을 수행하고 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 ZCP를 검출하여 ZCP 정보를 근거로 상 전환 및 속도제 어를 하는 센서리스 운전을 행하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 고정자 권선의 임의의 2개 상에 전류를 공급하여 회전자 위치를 강제 정렬하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.
회전자 위치에 따라 고정자 권선에 인가되는 전류를 스위칭하여 브러시리스 직류모터의 기동을 제어하는 방법에 있어서,

상기 회전자 위치를 강제 정렬하여 상 전환을 수행하고,

상 전환 후 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압으로부터 역기전력을 검출하여 역기전력이 상승하는 구간인지를 판단하고,

역기전력이 상승하는 구간이면 전압이 인가되지 않는 상의 단자전압을 적분하여 그 결과가 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고,

역기전력이 하강하는 구간이면 상 전류 값이 미리 정해진 값보다 큰 순간을 상 전환시점으로 결정하고,

상기 고정자 권선에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간이면 센서리스 운전모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류모터의 기동제어방법.