KR20150145074A - 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법 Download PDF

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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
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Abstract

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 3상 BLDC 모터를 구동하는 모터 구동수단, 상기 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호에 기초해서 상기 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하고 상기 모터 구동수단의 구동을 제어하는 PWM 제어신호를 발생하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 기초해서 상기 감지신호 또는 상기 제어부에서 발생한 홀 신호를 상기 모터 구동수단에 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 신호 전달부를 포함하는 구성을 마련하여, 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 센서의 고장 진단을 수행하고, 하나의 홀 센서 고장 진단 시에도 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 모터를 정상 구동하도록 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법{MOTOR DRIVE CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3상 BLDC 모터의 홀 센서 고장, 커넥터 접촉 불량 또는 와이어 단선 발생시 모터를 정상 구동하도록 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 3상 브러시리스 직류 모터(Brushless DC Motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)는 컴팩트한 사이즈, 우수한 제어성능 및 높은 효율과 같은 장점을 가지고 있어 소비재 및 산업용 분야에서 널리 적용되고 있으며, 특히 자동차 산업 분야에서는 벨트 및 유압 시스템의 제거, 기능 추가 및 연비 향상을 위한 전략의 일환으로 각광받고 있다.
최근에는 BLDC 모터의 제어를 위한 전자 부품 가격의 지속적인 하락으로 인해, 그 응용분야와 함께 출력 수준도 지속적으로 확대되고 있다.
본 출원인은 BLDC 모터 및 그가 적용된 펌프의 구동을 제어하는 기술을 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 개시하여 출원한 바 있다.
이러한 BLDC 모터는 일반적으로 전기적 여자(Excitation)가 회전자의 위치와 동기되어야 하기 때문에, 하나 이상의 회전자 위치 검출 센서(홀 센서)를 필요로 한다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0649355호(2006년 11월 27일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-HH34844호(20H2년 3월 H1일 공고)
종래기술에 따른 BLDC 모터의 구동장치는 3상 와이어 중에서 어느 하나의 단선이나 홀 센서의 고장이 발생하거나, 홀 센서와 연결된 커넥터의 접촉 불량이 발생하여 모터의 위치를 정상적으로 감지하지 못하는 경우, BLDC 모터의 구동을 중지시킨다.
이에 따라, 종래기술에 따른 BLDC 모터의 구동장치는 BLDC 모터가 적용된 오일펌프 등의 차량용 부품을 정상적으로 구동시킬 수 없어, 차량의 정상적인 주행이 불가능하고, 타 부품의 고장을 유발하는 원인을 제공하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 홀 센서의 감지신호에 따라 BLDC 모터의 구동을 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 BLDC 모터의 3상 와이어 중에서 어느 하나의 단선이나 홀 센서 고장, 또는 홀 센서와 연결된 커넥터의 접촉 불량이 발생하는 경우에도 BLDC 모터를 정상적으로 구동하도록 제어하는 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 3상 BLDC 모터를 구동하는 모터 구동수단, 상기 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호에 기초해서 상기 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하고 상기 모터 구동수단의 구동을 제어하는 PWM 제어신호를 발생하는 제어부 및 상기 제어부의 제어신호에 기초해서 상기 감지신호 또는 상기 제어부에서 발생한 홀 신호를 상기 모터 구동수단에 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 신호 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 센서는 전기적으로 120°각도로 설치되는 제1 내지 제3 홀 센서로 마련되고, 상기 제어부는 상기 제1 내지 제3 홀 센서로부터 전달되는 감지신호를 이용해서 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 고장 진단부 및 상기 제1 내지 제3 홀 센서 중에서 어느 하나의 고장 발생시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하는 신호 발생부를 포함하며, 상기 고장 진단부는 상기 제어부 내부에 마련된 제1 타이머를 업 카운팅시켜 60°시간을 측정하고, 상기 제1 타이머의 값을 제2 타이머에 복사해서 제2 타이머를 다운 카운팅해서 60°시간을 측정하여 상기 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 모터 구동수단은 상기 홀 센서의 감지신호 또는 제어부의 홀 신호에 따라 회전자의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력 주기를 변동하는 모터 컨트롤러, 상기 PWM 제어신호에 따라 모터 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버 및 상기 모터 스위칭 신호에 의해 구동전원을 스위칭하여 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 전달부는 상기 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하는 AND 게이트와 상기 AND 게이트의 감지신호와 제어부의 홀 신호를 OR 연산하는 OR 게이트를 포함하고, 상기 신호 발생부는 상기 고장 진단부에서 전체 홀 센서의 정상 상태로 진단되면, 상기 홀 센서의 감지신호를 직접 상기 모터 구동수단의 모터 컨트롤러로 전달하도록 제어하는 제어신호를 발생해서 상기 신호 전달부의 AND 게이트로 출력하며, 상기 제1 내지 제3 홀 센서 중에서 어느 하나의 고장 진단이 확정되면, 상기 홀 센서의 감지신호가 상기 모터 컨트롤러로 전달되는 것을 차단하도록 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 홀 센서와 신호 전달부 사이에는 직류구동전원을 풀업(pull up)하는 저항과 과전압을 방지하는 과전압 방지소자가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법은 (a) 구동전원을 공급받아 3상 BLDC 모터를 구동하는 단계, (b) 홀 센서에서 상기 모터 내부에 마련된 회전자의 위치를 감지해서 감지신호를 발생하는 단계, (c) 제어부에서 상기 홀 센서의 감지신호를 이용해서 고장 발생 여부를 진단하는 단계 및 (d) 신호 전달부에서 상기 (c)단계의 진단 결과에 기초해서 상기 홀 센서의 감지신호 또는 상기 제어부에서 발생한 홀 신호를 모터 컨트롤러로 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c1) 고장 진단부에서 제1 타이머를 업 카운팅시켜 60°시간을 측정하는 단계, (c2) 상기 제1 타이머의 값을 제2 타이머에 복사하는 단계, (c3) 상기 제1 타이머를 업 카운팅함과 동시에 제2 타이머를 다운 카운팅하여 60°시간을 측정하는 단계를 포함하여 상기 (c2) 단계와 (c3)단계를 반복해서 상기 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 제1 내지 제3 홀 센서의 감지신호에서 상기 모터의 구동 사이클 1회 동안 에러 발생 횟수가 미리 설정된 횟수만큼 감지되거나, 미리 설정된 설정시간 동안 연속적으로 에러가 감지되면 해당 홀 센서의 고장 진단을 확정하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 전체 홀 센서의 정상 상태이면, 상기 제어부의 신호 발생부에서 상기 홀 센서의 감지신호를 직접 모터 컨트롤러로 전달하도록 제어신호를 발생하는 단계, (d2) 상기 신호 전달부의 AND 게이트에서 상기 제 1 내지 제3 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하여 감지신호를 그대로 출력하는 단계, (d3) 상기 신호 전달부의 OR 게이트에서 상기 AND 게이트에서 출력되는 감지신호와 제어부의 홀 신호를 OR 연산하여 상기 감지신호를 그대로 출력해서 모터 컨트롤러로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d4) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 어느 하나의 고장 진단이 확정되면, 상기 신호 발생부에서 상기 홀 센서의 감지신호가 모터 컨트롤러로 전달되는 것을 차단하도록 제어신호를 발생하는 단계, (d5) 나머지 정상 진단된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하는 단계, (d6) 상기 AND 게이트에서 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하는 단계 및 (d7) 상기 OR 게이트에서 AND 게이트에서 출력되는 값과 제어부에서 고장 진단된 홀 센서를 대신하여 나머지 정상 진단된 홀 센서를 이용해서 생성된 전체 홀 센서의 홀 신호를 OR 연산하여 홀 신호를 출력해서 모터 컨트롤러로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d8) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 둘 이상의 고장 진단이 확정되면, 모터 구동을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법에 의하면, 3상 BLDC 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 센서의 고장 발생 여부, 와이어의 단선 여부 및 홀 센서와 연결된 커넥터의 접촉 불량에 따른 고장 진단을 수행할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 어느 하나의 홀 센서 고장 진단 시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 생성함으로써, 모터를 지속적으로 정상 구동하도록 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 1상 이하의 간헐적이고 일시적인 홀 센서의 신호 이상에 대한 차량용 오일펌프의 구동 안정성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 타이밍 차트를 예시한 도면,
도 5는 모터의 구동사이클 1회 동안 제1 내지 제3 홀 센서의 감지신호 수신 여부에 따른 논리값을 예시한 도면,
도 6은 제3 홀 센서의 고장 진단시 모터 구동 제어장치의 타이밍 챠트를 예시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 모터 구동 제어장치는 차량의 오일펌프용 모터의 구동을 제어하는 것으로 설명한다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3상 BLDC 모터가 적용되는 다양한 장치에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 실시 예에서는 제1 내지 제3 홀 센서 중에서 어느 하나 이상의 고장 상태, BLDC 모터의 3상 와이어 중에서 어느 하나 이상의 단선 상태, 또는 제1 내지 제3 홀 센서와 연결되는 커넥터의 접촉 불량 상태를 '홀 센서의 고장 상태'라 통칭한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 3상 BLDC 모터(10)를 구동하는 모터 구동수단(20), 모터(10)에 설치된 홀 센서(11)의 감지신호에 기초해서 홀 센서(11)의 고장 발생 여부를 진단하고 모터 구동수단(20)의 구동을 제어하는 PWM 제어신호를 발생하는 제어부(30) 및 제어부(30)의 제어신호에 기초해서 상기 감지신호 또는 제어부(30)에서 발생한 홀 신호를 모터 구동수단(20)에 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 신호 전달부(40)를 포함한다.
본 실시 예에서 모터(10)는 차량에 마련되는 외장형 오일펌프(external oil pump) 구동용 모터로 마련될 수 있다.
모터(10)에는 모터 내부에 구비된 회전자(rotro)의 위치를 검출하는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)가 설치된다.
제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)는 각각 전기적으로 120°각도로 배치되고, 회전자의 위치에 따른 자기장의 변화를 감지하여 감지신호를 출력한다.
모터 구동수단(20)은 홀 센서(11)의 감지신호 또는 아래에서 설명할 제어부(30)의 홀 신호에 따라 회전자의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력 주기를 변동하는 모터 컨트롤러(21), PWM 제어신호에 따라 모터 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버(22) 및 모터 스위칭 신호에 의해 구동전원을 스위칭하여 모터(10)를 구동하는 모터 구동부(23)를 포함할 수 있다.
게이트 드라이버(22)는 PWM 제어신호가 출력 또는 단속되도록 구비되는 스위칭 회로이다.
모터 구동부(23)는 3상 풀 브리지 회로(3-phase full bridge)로 구성되며, 하이 사이드(HIGH SIDE) 및 로우 사이드(LOW SIDE)에 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal-Oxid-Semiconductor Field Effect transistor)나 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(Insulaeed Gate Bipolar Transistor)로 구비되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
제어부(30)는 차량에 마련된 메인 제어부(도면 미도시)로부터 차량 엔진의 RPM 및 목표 RPM을 입력받아 모터 컨트롤러(21)에 모드 제어신호와 모터(10)의 목표 RPM을 PWM 제어신호로 출력할 수 있다.
그리고 제어부(30)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)로부터 감지신호를 전달받아 고장 발생 여부를 진단하고, 진단결과에 기초해서 감지신호의 전달 경로를 변경하도록 신호 전달부(40)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다.
이를 위해, 제어부(30)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)로부터 전달되는 감지신호를 이용해서 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 고장 발생 여부를 진단하는 고장 진단부(31) 및 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 어느 하나의 고장 발생시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하는 신호 발생부(32)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 고장 진단부(31)는 제어부(30) 내부에 마련된 제1 타이머(33)를 업 카운팅(up counting)시켜 60°시간을 측정하고, 제1 타이머(33)의 값을 제2 타이머(34)에 복사해서 제2 타이머(34)를 다운 카운팅(down counting)해서 60°시간을 측정함으로써 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 고장 발생 여부를 진단할 수 있다.
여기서, 고장 진단부(31)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 어느 하나 이상의 감지신호가 미리 설정된 구동 사이클(driving cycle) 동안 에러 발생 횟수가 미리 설정된 횟수, 예컨대 3회 감지되면 해당 홀 센서의 고장 진단을 확정할 수 있다.
또는, 고장 진단부(31)는 미리 설정된 시간, 예컨대 약 150msec 동안 연속적으로 에러가 감지되면 해당 홀 센서의 고장 진단을 확정할 수도 있다.
신호 발생부(32)는 고장 진단부(31)에서 전체 홀 센서(11)의 정상 상태로 진단되면, 홀 센서(11)의 감지신호를 직접 모터 컨트롤러(21)로 전달하도록 제어하는 제어신호('1')를 발생해서 아래에서 설명할 신호 전달부(40)의 AND 게이트(41)로 출력할 수 있다.
반면, 신호 발생부(32)는 고장 진단부(31)에서 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 어느 하나의 고장 진단이 확정되면, 홀 센서(11)의 감지신호가 모터 컨트롤러(21)로 전달되는 것을 차단하도록 제어신호('0')를 발생할 수 있다.
그리고 신호 발생부(32)는 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하고, 발생된 홀 신호를 아래에서 설명할 신호 전달부(40)의 OR 게이트(42)로 출력할 수 있다.
한편, 제어부(30)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 둘 이상의 고장 진단 시에는 60°시간을 측정하기 어렵고, 목표 RPM을 고정해서 개방 루프(open loop) 제어 시 탈조(脫調) 가능성이 높아짐에 따라, 모터(10)의 구동을 중지하도록 제어할 수 있다.
신호 전달부(40)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 정상 상태 시에는 제어부(30)의 제어신호에 따라 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호를 모터 구동부(23)로 전달하도록 전달경로를 형성한다.
그리고 신호 전달부(40)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 어느 하나의 고장 진단 시에는 홀 센서(11)의 감지신호를 제어부(30)로 전달하고, 제어부(30)에서 발생된 홀 신호를 모터 구동부(23)로 전달하도록 전달경로를 변경할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 회로 구성도이다.
신호 전달부(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 홀 센서(11)의 감지신호와 제어부(30)의 제어신호를 AND 연산하는 AND 게이트(41)와 AND 게이트(41)의 감지신호와 제어부(30)의 홀 신호를 OR 연산하는 OR 게이트(42)를 포함할 수 있다.
예를 들어, AND 게이트(41)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 모두 정상 진단 시 제 1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호와 제어부(30)에서 감지신호를 모터 구동부(23)로 직접 전달하도록 제어하는 제어신호('1')를 AND 연산하여 감지신호를 그대로 출력할 수 있다.
그래서 OR 게이트(42)는 AND 게이트(41)에서 출력되는 감지신호와 제어부(30)의 홀 신호('0')를 OR 연산하여 감지신호를 그대로 출력하여 모터 컨트롤러(21)로 전달한다.
반면, AND 게이트(41)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중 어느 하나의 고장 진단 시에는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호와 제어부(30)에서 감지신호가 모터 구동부(23)로 직접 전달되는 것을 차단하도록 제어하는 제어신호(예컨대 '0')를 AND 연산하여 '0'를 출력할 수 있다.
그래서 OR 게이트(42)는 AND 게이트(42)에서 출력되는 '0'와 제어부(30)에서 고장 진단된 홀 센서를 대신하여 나머지 정상 홀 센서를 이용해서 생성된 전체 홀 센서(11)의 홀 신호를 OR 연산하여 홀 신호를 출력할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 홀 센서의 감지신호를 제어부로 전달해서 홀 센서의 고장 발생 진단을 수행하고, 3개의 홀센서 모두 정상 상태이면, 모터 컨트롤러에서 홀 센서의 감지신호를 이용해서 모터의 회전속도 및 회전수를 산출하여 모터의 구동을 정밀하게 제어할 수 있다.
그리고 본 발명은 3개의 홀 센서 중에서 어느 하나의 홀 센서의 고장 발생시 제어부에서 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 모터를 지속적으로 정상 구동하도록 제어할 수 있다.
여기서, 본 발명은 홀 센서의 정상상태에서 신호 전달부를 거쳐 감지신호를 모터 컨트롤러로 전달함에 따라 신호 전달과정에서 지연(delay)이 발생할 수 있다.
그러나 실험 결과에 따르면, 감지신호 전달과정에서 발생하는 지연시간은 약 H2.5nsec로 측정되었다. 이는 모터 스위칭 신호의 약 0.001%에 해당하는 값으로, 모터의 효율 감소에 미치는 영향이 거의 없음을 확인하였다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 홀 센서(11)와 신호 전달부(40) 사이에는 직류구동전원을 풀업(pull up)하는 저항(R)과 과전압을 방지하는 과전압 방지소자(D)가 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 홀 센서와 신호 전달부 사이에 풀업 저항을 마련하여 CMOS 입력 구성으로 로우 레벨(low lever)의 최고 입력전압(VIL)을 약 0.8V에서 약 1.65V로 증가시켜 그라운드 오프셋(ground offset)에 대한 오인식을 감소시킬 수 있다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3의 S10단계에서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 제어방법은 차량의 이그니션 키(도면 미도시)가 온 조작되어 전원공급부(도면 미도시)로부터 구동전원을 공급받으면서 시작된다(S10).
제어부(30)는 차량의 오일펌프용 3상 BLDC 모터(10)를 구동하도록 PWM 제어신호를 발생하여 모터 구동수단(20)로 전달하고(SH1), 모터 구동수단(20)는 PWM 제어신호에 따라 모터(10)에 인가되는 구동전원을 스위칭하여 모터(10)를 구동한다(SH3).
이때, 모터(10)에 설치된 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)는 회전자의 위치에 따른 자기장의 변화를 감지하여 감지신호를 출력한다(S16).
S18단계에서 제어부(30)는 신호 전달부(40)를 통해 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호를 전달받고, 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 고장 발생 여부를 진단한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 모터 구동 제어장치의 타이밍 차트를 예시한 도면이고, 도 5는 모터의 구동사이클 1회 동안 제1 내지 제3 홀 센서의 감지신호 수신 여부에 따른 논리값을 예시한 도면이다.
도 4에는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호와 모터(10)의 RPM, 제1 및 제2 타이머(33,34)의 타임 카운팅 그래프가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 고장 진단부(31)는 제어부(30) 내부에 마련된 제1 타이머(33)를 업 카운팅(up counting)시켜 60°시간을 측정한 후, 제1 타이머(33)의 값을 제2 타이머(34)에 복사해서 제1 타이머(33)를 업 카운팅함과 동시에 제2 타이머(34)를 다운 카운팅(down counting)하여 60°시간을 측정하는 과정을 반복함으로써 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 고장 발생 여부를 진단할 수 있다.
상세하게 설명하면, 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)는 각각 전기적으로 120°각도로 설치됨에 따라, 제1 홀 센서(H1)의 감지신호와 제2 홀 센서(H2)의 감지신호는 120°에서 180°사이와 480°에서 540°사이의 600°구간에서 중첩된다.
마찬가지로, 제 1 및 제3 홀 센서(H1,H3)의 감지신호와 제2 및 제3 홀 센서(H2,H3)의 감지신호는 각각 0°에서 60°사이 구간과 240°에서 300°사이 구간에서 각각 중첩된다.
그래서 고장 진단부(31)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호의 수신 여부에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 모터(10)의 구동 사이클 1회마다 각각 60°간격으로 '101', '100', '110', '010', '011', '001'의 논리값으로 인식할 수 있다.
이에 따라, 고장 진단부(31)는 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호에서 모터(10)의 구동 사이클 1회 동안 에러 발생 횟수가 3회 감지되거나, 약 150msec 동안 연속적으로 에러가 감지되면 해당 홀 센서의 고장 진단을 확정할 수 있다.
S18단계의 진단 결과 전체 홀 센서(11)의 정상 상태이면, 신호 발생부(32)는 홀 센서(11)의 감지신호를 직접 모터 컨트롤러(21)로 전달하도록 '1'값의 제어신호를 발생해서 신호 전달부(40)의 AND 게이트(41)로 출력하고, '0'값의 홀 신호를 발생해서 OR 게이트(42)로 출력한다.
그러면, 신호 전달부(40)의 AND 게이트(41)는 제 1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3)의 감지신호와 제어부(30)의 제어신호('1')를 AND 연산하여 감지신호를 그대로 출력하고, OR 게이트(42)는 AND 게이트(41)에서 출력되는 감지신호와 제어부(30)의 홀 신호('0')를 OR 연산하여 감지신호를 그대로 출력해서 모터 컨트롤러(21)로 전달한다(S20).
이에 따라, 모터 컨트롤러(21)는 신호 전달부(40)를 통해 전달받은 홀 센서(11)의 감지신호를 이용해서 회전자의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력주기를 변동하고, 게이트 드라이버(22)와 모터 구동부(23)는 PWM 제어신호와 모터 스위칭 신호에 따라 구동 전원을 스위칭하여 모터(10)를 정상적으로 구동한다.
도 6은 제3 홀 센서의 고장 진단시 모터 구동 제어장치의 타이밍 챠트를 예시한 도면이다.
도 6에는 제3 홀 센서의 고장 진단시, 제1 및 제2 홀 센서의 감지신호를 이용해서 전체 홀 센서의 홀 신호를 생성한 결과 그래프가 도시되어 있다.
S18단계의 진단 결과 제1 내지 제3 홀 센서(H1 내지 H3) 중에서 어느 하나의 고장 진단이 확정되면(S22), 신호 발생부(32)는 도 6에 도시된 바와 같이, 홀 센서(11)의 감지신호가 모터 컨트롤러(21)로 전달되는 것을 차단하도록 '0' 값의 제어신호를 발생하고, 나머지 정상 진단된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생해서 발생한 홀 신호를 OR 게이트(42)로 출력한다(S24).
그러면, AND 게이트(41)는 홀 센서(11)의 감지신호와 제어부(30)의 제어신호('0')를 AND 연산하여 '0'를 출력하고, OR 게이트(42)는 AND 게이트(42)에서 출력되는 '0'값과 제어부(30)에서 고장 진단된 홀 센서를 대신하여 나머지 정상 진단된 홀 센서를 이용해서 생성된 전체 홀 센서(11)의 홀 신호를 OR 연산하여 홀 신호를 출력해서 모터 컨트롤러(21)로 전달한다(S26).
이에 따라, 모터 컨트롤러(21)는 신호 전달부(40)를 통해 전달받은 홀 신호를 이용해서 회전자의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력주기를 변동하고, 게이트 드라이버(22)와 모터 구동부(23)는 PWM 제어신호와 모터 스위칭 신호에 따라 구동 전원을 스위칭하여 모터(10)를 정상적으로 구동한다.
반면, S18단계 및 S22단계의 진단결과 둘 이상의 홀 센서(11)가 고장 진단되면, 제어부(30)는 60°시간을 측정하기 어렵고, 목표 RPM을 고정해서 개방 루프(open loop) 제어 시 탈조(脫調) 가능성이 높아짐에 따라, 모터(10)의 구동을 중지하도록 모터 구동 제어장치의 구동을 정지시키고 종료한다.
한편, S20단계와 S26단계를 수행한 후, 제어부(30)는 모터 구동 중지 명령이 입력되는지 여부를 검사하고, 모터 구동 중지 명령이 입력될 때까지 S16단계 내지 S30단계를 반복 수행하도록 제어한다.
만약, S30단계에서 모터 구동 중지 명령이 입력되면, 제어부(30)는 모터(10)의 구동을 중지시키도록 모터 제어신호를 발생하고, 모터 구동 제어장치의 구동을 정지시킨 후 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 센서의 고장 진단을 수행하고, 하나의 홀 센서 고장 진단 시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 모터를 정상 구동하도록 제어할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 3상 BLDC 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 센서의 고장 진단을 수행하고, 어느 하나의 홀 센서 고장 진단 시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 모터를 정상 구동하도록 제어하는 모터 구동 제어장치 기술에 적용된다.
10: 모터 11: 홀 센서
20: 모터 구동수단 21: 모터 컨트롤러
22: 게이트 드라이버 23: 모터 구동부
30: 제어부 31: 고장진단부
32: 신호 발생부 33,34: 제1, 제2 타이머
40: 신호 전달부 41: AND 게이트
42: OR 게이트 H1 내지 H3: 제1 내지 제3 홀 센서
R: 저항 D: 과전압 방지소자

Claims (11)

  1. 3상 BLDC 모터를 구동하는 모터 구동수단,
    상기 모터에 설치된 홀 센서의 감지신호에 기초해서 상기 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하고 상기 모터 구동수단의 구동을 제어하는 PWM 제어신호를 발생하는 제어부 및
    상기 제어부의 제어신호에 기초해서 상기 감지신호 또는 상기 제어부에서 발생한 홀 신호를 상기 모터 구동수단에 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 신호 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀 센서는 전기적으로 120°각도로 설치되는 제1 내지 제3 홀 센서로 마련되고,
    상기 제어부는 상기 제1 내지 제3 홀 센서로부터 전달되는 감지신호를 이용해서 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 고장 진단부 및
    상기 제1 내지 제3 홀 센서 중에서 어느 하나의 고장 발생시 나머지 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하는 신호 발생부를 포함하며,
    상기 고장 진단부는 상기 제어부 내부에 마련된 제1 타이머를 업 카운팅시켜 60°시간을 측정하고, 상기 제1 타이머의 값을 제2 타이머에 복사해서 제2 타이머를 다운 카운팅해서 60°시간을 측정하여 상기 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터 구동수단은
    상기 홀 센서의 감지신호 또는 제어부의 홀 신호에 따라 회전자의 위치를 판단하여 모터 스위칭 신호의 입력 주기를 변동하는 모터 컨트롤러,
    상기 PWM 제어신호에 따라 모터 스위칭 신호를 출력하는 게이트 드라이버 및
    상기 모터 스위칭 신호에 의해 구동전원을 스위칭하여 상기 모터를 구동하는 모터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 상기 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하는 AND 게이트와
    상기 AND 게이트의 감지신호와 제어부의 홀 신호를 OR 연산하는 OR 게이트를 포함하고,
    상기 신호 발생부는 상기 고장 진단부에서 전체 홀 센서의 정상 상태로 진단되면, 상기 홀 센서의 감지신호를 직접 상기 모터 구동수단의 모터 컨트롤러로 전달하도록 제어하는 제어신호를 발생해서 상기 신호 전달부의 AND 게이트로 출력하며,
    상기 제1 내지 제3 홀 센서 중에서 어느 하나의 고장 진단이 확정되면, 상기 홀 센서의 감지신호가 상기 모터 컨트롤러로 전달되는 것을 차단하도록 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홀 센서와 신호 전달부 사이에는 직류구동전원을 풀업(pull up)하는 저항과 과전압을 방지하는 과전압 방지소자가 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치.
  6. (a) 구동전원을 공급받아 3상 BLDC 모터를 구동하는 단계,
    (b) 홀 센서에서 상기 모터 내부에 마련된 회전자의 위치를 감지해서 감지신호를 발생하는 단계,
    (c) 제어부에서 상기 홀 센서의 감지신호를 이용해서 고장 발생 여부를 진단하는 단계 및
    (d) 신호 전달부에서 상기 (c)단계의 진단 결과에 기초해서 상기 홀 센서의 감지신호 또는 상기 제어부에서 발생한 홀 신호를 모터 컨트롤러로 전달하도록 신호의 전달경로를 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c1) 고장 진단부에서 제1 타이머를 업 카운팅시켜 60°시간을 측정하는 단계,
    (c2) 상기 제1 타이머의 값을 제2 타이머에 복사하는 단계,
    (c3) 상기 제1 타이머를 업 카운팅함과 동시에 제2 타이머를 다운 카운팅하여 60°시간을 측정하는 단계를 포함하여
    상기 (c2) 단계와 (c3)단계를 반복해서 상기 제1 내지 제3 홀 센서의 고장 발생 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (c)단계는
    제1 내지 제3 홀 센서의 감지신호에서 상기 모터의 구동 사이클 1회 동안 에러 발생 횟수가 미리 설정된 횟수만큼 감지되거나,
    미리 설정된 설정시간 동안 연속적으로 에러가 감지되면 해당 홀 센서의 고장 진단을 확정하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 전체 홀 센서의 정상 상태이면, 상기 제어부의 신호 발생부에서 상기 홀 센서의 감지신호를 직접 모터 컨트롤러로 전달하도록 제어신호를 발생하는 단계,
    (d2) 상기 신호 전달부의 AND 게이트에서 상기 제 1 내지 제3 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하여 감지신호를 그대로 출력하는 단계,
    (d3) 상기 신호 전달부의 OR 게이트에서 상기 AND 게이트에서 출력되는 감지신호와 제어부의 홀 신호를 OR 연산하여 상기 감지신호를 그대로 출력해서 모터 컨트롤러로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d4) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 어느 하나의 고장 진단이 확정되면, 상기 신호 발생부에서 상기 홀 센서의 감지신호가 모터 컨트롤러로 전달되는 것을 차단하도록 제어신호를 발생하는 단계,
    (d5) 나머지 정상 진단된 홀 센서의 감지신호를 이용해서 홀 신호를 발생하는 단계,
    (d6) 상기 AND 게이트에서 홀 센서의 감지신호와 제어부의 제어신호를 AND 연산하는 단계 및
    (d7) 상기 OR 게이트에서 AND 게이트에서 출력되는 값과 제어부에서 고장 진단된 홀 센서를 대신하여 나머지 정상 진단된 홀 센서를 이용해서 생성된 전체 홀 센서의 홀 신호를 OR 연산하여 홀 신호를 출력해서 모터 컨트롤러로 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d8) 상기 (c)단계의 고장 진단 결과 둘 이상의 고장 진단이 확정되면, 모터 구동을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 구동 제어장치의 제어방법.
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