KR20090106862A - 모터 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

모터 구동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모터 구동 제어 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명은 모터에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위해 상기 모터를 흐르는 전류를 검출하는 모터 과전류 측정부; 상기 검출된 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 모터 전압 산출부; 및 상기 모터 구동 전압 실측치를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 모터 구동 전압 실측치를 보정하는 모터 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 모터에 흐르는 전류를 피드백 형태로 제어하여 온도 변화 및 하드웨어 오차와 같은 외란에 의한 모터 구동 전압의 오차를 보정하는 효과가 있다.
모터 구동 전압, 모터 오차 보상, PI 제어기, 피드백 제어, 모터

Description

모터 구동 제어 장치 및 방법 {Apparatus and Method for Operation Control of Motor}
본 발명은 모터 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 외란 발생시에도 모터를 안정적으로 동작시킬 수 있도록 모터 구동 전압을 제어하는 모터 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 차량에는 엔진을 냉각시키는 과정에서 발생된 고온의 냉각수를 방열시키는 라디에이터 및 차내를 냉방 시키는 과정에서 온도가 높아진 냉매를 냉각시키는 콘덴서 사이로 공기를 강제 송풍시켜 냉각 효율을 높이도록 구비된 냉각팬이 설치되어 있다.
이러한 냉각팬을 구동시키기 위해 모터 및 모터 구동 장치가 구비된다.
그런데, 종래의 모터 구동 장치는 외란이 발생하는 경우 모터에 인가되는 구동 전압을 일정하게 유지시키지 못하여 모터의 오동작이 발생하였다.
본 발명의 목적은 모터 구동 전압을 피드백 형태로 제어하여 온도 변화와 하드웨어 오차와 같은 외란으로부터 모터 구동 전압을 일정하게 유지시킬 수 있는 모터 구동 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명의 일면에 따른 모터 구동 제어 장치는 모터에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위해 상기 모터를 흐르는 전류를 검출하는 모터 과전류 측정부; 상기 검출된 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 모터 전압 산출부; 및 상기 모터 구동 전압 실측치를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 모터 구동 전압 실측치를 보정하는 모터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 모터 구동 제어 방법은, 모터에 흐르는 전류를 검출하는 단계; 상기 검출된 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 단계; 및 상기 모터 구동 전압 실측치를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 모터 구동 전압 실측치를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 모터 구동 전압을 피드백 형태로 제어하여 온도 변화 및 하드웨어 오차와 같은 외란에 의한 모터 구동 전압의 오차를 보정하는 효과가 있 다.
일 예로, 모터의 양단에 걸리는 전압이 일정하도록 모터에 흐르는 전류를 제어하여 외란에 의한 모터의 오동작을 방지함으로써 제품의 신뢰성을 증대시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 모터 구동 제어 장치를 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모터 구동 제어 장치는 마이컴(210), 전압 검출기(240) 및 모터 구동부(220) 등으로 구성된다.
마이컴(210)은 모터 구동 제어 장치의 중앙처리장치로서, 모터 구동 신호를 출력하여 모터(230)를 구동시키거나 정지시키는 제어를 하며, 모터 구동 전압 설정치(입력신호)와 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 비교하고, 그 비교결과에 상응하도록 모터 구동 신호를 생성하여 모터 구동을 제어함으로써 모터 구동 전압 설정치(입력신호)와 모터 구동 전압 실측치(VMotor) 간의 오차를 최소화한다. 이러한 마이컴(210)의 상세한 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다.
전압 검출기(240)는 모터(230) 구동시 모터 출력 전압(Vshunt)을 검출하며, 저항(242) 및 증폭기(241)를 포함한다.
저항(242)은 소정크기의 저항성 소자로서 모터(230)와 직렬연결되며, 상세하게는 일단은 모터 출력(-)과 연결되고 타단은 그라운드에 연결되어 전압강하를 통하여 모터 출력 전압(Vshunt)을 검출한다.
이때, 저항(242)은 정밀한 모터 출력 전압(Vshunt)을 검출을 위해서 크기와 오차가 적은 것을 적용하는 것이 바람직하다.
여기서, 모터 출력 전압은 도 1의 모터(230)의 (-)점의 전위이며, 도 1에서 저항의 양단에 걸리는 전압과 동일하다.
증폭기(241)는 모터 출력 전압(Vshunt)을 입력받아 증폭하여 마이컴(210)에 전달함으로써, 모터 구동 전압 실측치(VMotor)의 검출을 정밀화하며, 예컨대 OP AMP일 수 있다.
모터 구동부(220)는 마이컴(210)의 제어에 따라 스위칭하여 모터(230)를 구동 또는 정지시키며, 게이트 드라이브(221) 및 스위칭 소자(222) 등으로 구성된다.
상세하게는, 모터 구동부(220)는 마이컴(210)이 출력하는 모터 구동 신호에 따라 스위치 온되어 전원전압(VBat)이 모터(230)에 공급되도록 하여 모터(230)를 구동시키며, 마찬가지로 모터 구동 신호에 따라 스위치 오프되어 전원전압(VBat)이 모터(230)에 공급되지 않도록 하여 모터(230)를 정지시킨다.
게이트 드라이브(221)는 마이컴(210)과 스위칭 소자(222) 사이에 존재하여 마이컴(210)이 전달하는 모터 구동 신호를 이용하여 스위칭 소자를 동작시키기 위 한 스위칭 제어 신호를 증폭한다.
예컨대, 마이컴(210)의 구동전압이 5V이고, 모터 구동 전압이 10V라고 하면 게이트 드라이브(221)는 모터 구동 신호의 크기를 5V에서 10V로 증폭한다.
스위칭 소자(222)는 예컨대, FET일 수 있으며, 모터 구동 신호에 따라 스위치 온 되어 전원전압(VBat)이 모터(230)에 이르는 경로를 제공하거나, 스위치 오프 되어 전원전압(VBat)이 모터(230)에 이르는 경로를 차단한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 모터 구동 제어 장치의 마이컴(210)을 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 마이컴(210)은 아날로그-디지털 컨버터(Analog-Digital Converter, 이하, 'ADC'라 함)(211), 스케일러(212), 구동 전압 연산기(213), 감산기(214), PI 제어기(215) 및 PWM 발생기(216) 등을 포함한다.
ADC(211)는 아날로그 형태의 증폭된 모터 출력 전압을 마이컴(210)이 해석할 수 있도록 아날로그-디지털 변환하여 디지털 형태로 변환하여 마이컴(210)이 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 산출할 수 있도록 한다.
스케일러(212)는 기저장된 데이터 베이스로부터 증폭된 후 디지털 변환된 모터 출력 전압에 대응되는 모터 출력 전압 실측치(Vshunt)를 산출한다. 예컨대, 스케일러(212)는 디지털 형태의 모터 출력 전압에 대응되는 모터 출력 전압 실측치(Vshunt)를 데이터 베이스로부터 독출(Read)할 수 있다.
여기서, 데이터 베이스에는 전압증폭기(241)의 증폭율과 ADC(211)의 분해능, 입력조건에 의해 만들어진 소정의 수식에 의한 결과가 저장되는 것이 바람직하다.
구동 전압 연산기(213)는 입력된 모터 출력 전압 실측치(Vshunt)에 대하여 하기 수학식 1을 적용하여 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 산출한다.
VMotor = VBat - (VFET + Vshunt)
여기서, VBat는 전원전압(즉, 배터리 전압), VFET는 스위칭소자(도 1에서는 FET)에 의한 전압 강하이다.
이때, VFET는 스위칭 소자의 스펙에 기재된 스위칭 소자 제공 업체에 의한 실험값 또는 보증값(Guarantee Value)이라고 볼 수 있다.
감산기(214)는 모터 구동 전압 설정치(입력신호)에서 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 감산하여 둘 간의 오차를 출력한다.
PI 제어기(215)는 감산기(214)가 출력한 오차를 입력받아 비례, 적분하여 모터 구동 신호의 생성에 사용되는 직류 전압을 출력한다.
PWM 발생기(216)는 PI 제어기(215)가 출력한 직류 전압을 입력받아 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
예컨대, PWM 발생기(216)는 직류 전압의 전위에 따라 그에 상응하는 주기와 듀티비의 PWM 신호를 생성한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 모터 구동 제어 장치를 도시한 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 모터 구동 제어 장치는 과전류 측정부(410), 모터 전압 산출부(420) 및 모터 제어부(430) 등으로 구성될 수 있다.
과전류 측정부(410)는 모터(230)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위해 모터(230)를 흐르는 전류를 검출하며, 증폭기(241), ADC(211) 및 스케일러(212) 등으로 구성될 수 있다.
모터 과전류 측정부(410)는 종래의 모터 구동 제어 장치에 포함된 구성으로서, 예컨대 모터(230)에 대하여 직렬로 연결된 저항(242)의 양단 전압으로부터 모터(230)에 흐르는 전류를 검출하여 모터(230)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단한다.
상세하게는, 증폭기(241)는 저항의 양단 전압을 증폭하며, ADC(211)는 저항의 양단 전압을 마이컴(210)이 해석할 수 있는 형태로 아날로그-디지털 변환하며, 스케일러(212)는 기저장된 데이터베이스와 디지털 변환된 저항의 양단 전압을 비교하여 실제 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다.
모터 전압 산출부(420)는 검출된 전류를 이용하여 상기 수학식 1과 같이 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 산출하며, 도 2에서 구동 전압 연산기(213)와 동일 또는 유사한 구성이라고 볼 수 있다.
모터 제어부(430)는 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치(입력신호)와 비교하여 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 보정하며, 비교부(미도시) 및 제어기(미도시) 등으로 구성된다.
비교부(미도시)는 모터 구동 전압 실측치(VMotor)와 모터 구동 전압 설정치(입력신호)를 비교하여 둘 간의 오차를 산출한다.
제어기(미도시)는 모터 구동 전압 실측치(VMotor)와 모터 구동 전압 설정치(입력신호)를 비교하여 둘 간의 오차가 감쇠되도록 모터(230)에 대한 구동 신호(즉, 모터 구동 신호)를 조절한다.
스위칭 소자(222)는 제어기(미도시)가 출력하는 구동 신호에 대응되도록 전원전압(VBat)이 모터(230)에 이르는 경로를 제공하여 모터(230)에 전류를 인가시키고 구동시킨다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 구동 제어 방법을 도시한 흐름도이다. 이하, 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저, 모터(230)에 과전류가 흐르는지 측정하는 기능 블록을 이용하여 모터(230)에 흐르는 전류를 검출한다(S410).
이어서, 검출된 모터(230)에 흐르는 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 산출한다(S420).
검출된 전류를 이용하여 모터(230)에 과전류가 흐르는지를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 단계는 저항이 모터와 직렬로 연결될 때 저항에 흐르는 전류를 이용하여 저항의 양단 전압을 측정하는 단계와, 저항의 양단 전압을 증폭하는 단계와, 아날로그 형태의 증폭된 양단 전압을 디지털 형태로 변환하는 단계 및 디지털 형태로 변환된 상기 양단 전압에 대응되는 상기 모터 구동 전압 실측치를 데이터 베이스로부터 독출하는 단계를 포함할 수 있다.
이어서, 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치(입력신호)와 비교하여 둘 간의 오차를 산출하고, 산출된 오차가 감쇠되도록 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 보정한다(S430).
즉, 산출된 오차를 기반으로 모터 구동 신호를 생성하여 그에 따라 모터(230)를 구동시킴으로써 모터 구동 전압 실측치(VMotor)를 보정할 수 있다
이때, 보정하는 단계는 수행하는 프로세서(예컨대, 마이컴)의 처리 속도에 따라 소정 시간 단위로 수행될 수 있다.
여기서, 모터 구동 전압 설정치(입력신호)는 개별 모터(230)의 스펙에 기재된 상기 모터 구동 전압 값일 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허 청구범위의 기재에 의하여 정하여져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치를 도시한 구성도
도 2는 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치의 마이컴을 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 모터 구동 제어 장치를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 모터 구동 제어 방법을 도시한 흐름도.

Claims (9)

  1. 모터에 과전류가 흐르는지 여부를 판단하기 위해 상기 모터를 흐르는 전류를 검출하는 모터 과전류 측정부;
    상기 검출된 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 모터 전압 산출부; 및
    상기 모터 구동 전압 실측치를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 모터 구동 전압 실측치를 보정하는 모터 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터 제어부는,
    상기 모터 구동 전압 실측치와 상기 모터 구동 전압 설정치를 비교하여 오차를 산출하는 비교부;
    상기 오차가 감쇠되도록 상기 모터에 대한 구동 신호를 조절하는 제어기; 및
    상기 구동 신호에 따라 상기 모터에 전원전압을 인가시키는 스위칭 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 모터 과전류 측정부는,
    상기 모터와 직렬로 연결된 저항을 포함하여,
    상기 저항의 양단 전압으로부터 상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 모터 과전류 측정부는,
    상기 저항의 양단 전압을 증폭하는 증폭기;
    아날로그 형태의 상기 증폭된 저항의 양단 전압을 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
    상기 디지털 형태로 변환된 저항의 양단 전압으로부터 상기 모터에 흐르는 전류를 검출하는 스케일러;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 장치.
  5. 모터에 흐르는 전류를 검출하는 단계;
    상기 검출된 전류를 이용하여 모터 구동 전압 실측치를 산출하는 단계; 및
    상기 모터 구동 전압 실측치를 피드백 받아 모터 구동 전압 설정치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 상기 모터 구동 전압 실측치를 보정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출된 전류를 이용하여 상기 모터에 과전류가 흐르는지를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보정하는 단계는,
    상기 산출된 오차를 기반으로 모터 구동 신호를 생성하는 단계;
    상기 모터 구동 신호에 따라 상기 모터를 구동하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 검출하는 단계는,
    상기 모터와 직렬로 연결된 저항을 흐르는 전류를 이용하여 저항의 양단 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 양단 전압을 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 산출하는 단계는,
    아날로그 형태의 상기 증폭된 양단 전압을 디지털 형태로 변환하는 단계; 및
    디지털 형태로 변환된 상기 양단 전압에 대응되는 상기 모터 구동 전압 실측치를 데이터 베이스로부터 독출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어 방법.
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KR101288196B1 (ko) * 2011-09-09 2013-07-19 삼성전기주식회사 초기 보정 기능을 갖는 모터 구동 장치 및 방법

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