KR20160007840A - Method of controlling BLDC motor by using SVPWM - Google Patents

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KR20160007840A
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Abstract

The present invention relates to a brushless direct current motor (BLDC) motor control method using space vector pulse width modulation (SVPWM) controlling an on-and-off function of a gate element of a three-phase inverter of a BLDC motor. According to the present invention, a space voltage vector of the inverter is divided into six sectors. In addition, when output PWM in a space voltage vector of any one among the six sectors is provided as a field effect transistor (FET) input, the BLDC motor control method using SVPWM controls output PWM in the space voltage vector to turn off all three phases by using a gate element located in a section where all three phases of a BLDC motor power are connected to the same pole.

Description

SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법{Method of controlling BLDC motor by using SVPWM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a BLDC motor control method using SVPWM,

본 발명은 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 BLDC 모터의 SVPWM 구동을 통하여 균등한 토크 발생을 가능하게 하여 BLDC 모터의 토크 리플을 제거할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method of a BLDC motor using an SVPWM, and more particularly, to a BLDC motor control method using an SVPWM capable of generating torque evenly by driving the SVPWM of a BLDC motor to eliminate torque ripple of the BLDC motor. And a control method.

BLDC 모터(BrushLess Direct Current Motor)는 코일을 브러쉬(Brush)가 아닌 트랜지스터로 변환하는 것으로, 브러쉬를 사용하지 않기 때문에 스파크 발생 및 폭발 위험이 없는 모터를 의미한다. BLDC 모터는 운전효율이 높고, 고토크 특성을 가지며, 소음이 적기 때문에 산업용 장비 및 가전기기 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, BLDC 모터는 토크 리플(Torque ripple)이 발생한다는 문제점이 있었다.Brushless Direct Current Motor (BLDC) is a motor that converts a coil into a transistor, not a brush, and does not use brushes, so there is no danger of sparks or explosions. BLDC motors are widely used in industrial equipment and home appliances because they have high operation efficiency, high torque characteristics and low noise. However, the BLDC motor has a problem that torque ripple occurs.

이러한 문제점을 해결하기 위해 BLDC 모터의 구동 제어와 관련하여 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) 방법을 사용할 수 있다. 도 1은 SVPWM 이론에 따른 BLDC 모터의 공간벡터도를 개략적으로 나타낸 설명도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, SVPWM 이론에 따르면, BLDC 모터의 3상(U, V, W)은 벡터 공간(Vetor space)에서 표현될 수 있다. 즉, 각 상의 역벡터까지 표현하면 섹터(Sector) 1 내지 6까지 6개의 공간으로 표현되고, 3상 인버터(Inverter)의 게이트 on/off를 이용하면 모든 섹터의 벡터를 표현할 수 있다. 이를 이용하여, BLDC 모터의 회전자와 항상 직각으로 유지되는 자기장을 발생시켜 주기 위해서는 상기 BLDC 모터의 회전자의 위치를 정확히 알아야 하고, 이러한 BLDC 모터의 회전자의 위치는 엔코더(Encoder)를 이용하여 검출될 수 있다. 그러나, 실질적으로 SVPWM을 이용하여 BLDC 모터를 제어하는 경우 SVPWM은 복잡한 수식으로 연산되기 때문에 연산속도가 느려 정확한 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하기 어렵다는 문제점이 있었다.In order to solve such a problem, a Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) method can be used in connection with driving control of a BLDC motor. 1 is an explanatory diagram schematically showing a space vector diagram of a BLDC motor according to the SVPWM theory. As shown in FIG. 1, according to the SVPWM theory, three phases (U, V, W) of a BLDC motor can be expressed in a vector space. That is, if the inverse vector of each phase is represented, it is represented by six spaces from Sector 1 to 6, and the vector of all sectors can be expressed by using the gate on / off of the three-phase inverter. In order to generate a magnetic field that is always perpendicular to the rotor of the BLDC motor, it is necessary to know the position of the rotor of the BLDC motor accurately. The position of the rotor of the BLDC motor is detected by using an encoder Can be detected. However, when controlling the BLDC motor by using the SVPWM substantially, the SVPWM is computed by a complicated equation, so that the calculation speed is slow and it is difficult to detect the rotor position of the accurate BLDC motor.

이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 대한민국 등록특허 제10-1115384는 "BLDC 모터의 제어장치 및 멀티레벨 인버터의 제어방법"에 관한 것으로, 복수의 스위칭소자를 포함하며, 상기 복수의 스위칭소자의 스위칭 동작에 따라 3상 구형파 출력전압을 생성하는 멀티레벨 인버터; 상기 3상 구형파 출력전압 중 적어도 한 상의 출력 전압이 턴 오프 되도록 상기 3상 구형파 출력전압에 대한 구형파 공간벡터 PWM 제어(Rectangle SVPWM)를 수행하여, 상기 복수의 스위칭소자에 대한 제어를 수행하는 공간벡터 PWM 제어부; 및 상기 생성된 3상 구형파 출력전압을 입력받아 구동하는 3상 PM-BLDC(Permanent Magnet Brushless DC) 모터;를 포함하며, 상기 멀티레벨 인버터는, 상기 3상 출력 전압을 생성하기 위한 3개의 레그를 포함하며, 상기 3개의 레그 각각은 순차적으로 직렬 연결된 제1 내지 제4 스위칭소자를 포함하고, 상기 3개의 레그 중 적어도 하나의 레그는 상기 제1 내지 제4 스위칭소자가 오프되는 BLDC 모터의 제어장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 "BLDC 모터의 제어장치 및 멀티레벨 인버터의 제어방법"은 BLDC 모터의 제어가 용이하고, BLDC 모터의 구동 성능을 향상시킬 수 있다는 이점은 있으나, BLDC 모터가 고속으로 회전하는 경우 회전자의 정확한 위치 검출이 어렵고, 모터 및 인버터 회로의 전류소모 및 발열 문제를 해결하기 어렵다는 문제점이 있다.A lot of research is going on to solve these problems. Korean Patent No. 10-1115384 relates to a control device of a BLDC motor and a control method of a multi-level inverter, which includes a plurality of switching elements, and outputs a three-phase square wave output voltage according to a switching operation of the plurality of switching elements Level inverter; A rectangular wave space vector PWM control (Rectangle SVPWM) for the three-phase square wave output voltage is performed so that an output voltage of at least one of the three-phase square wave output voltages is turned off, A PWM control unit; And a three-phase PM-BLDC (Permanent Magnet Brushless DC) motor for receiving and driving the generated three-phase square wave output voltage, wherein the multi-level inverter includes three legs for generating the three- Wherein each of the three legs includes first through fourth switching elements serially connected in series, and at least one of the three legs is connected to a control device of a BLDC motor in which the first through fourth switching devices are turned off, . However, the above-mentioned "control device of BLDC motor and control method of multi-level inverter" has an advantage that control of BLDC motor is easy and driving performance of BLDC motor can be improved. However, And it is difficult to solve the problem of current consumption and heat generation of the motor and the inverter circuit.

또한, 대한민국 등록특허 제10-1268585호는 "SVPWM 방식의 3상 인버터에 대한 데드타임 보상 방법"에 관한 것으로, 윗단 및 하단이 전력용 반도체 스위치로 구성된 SVPWM 방식의 3상 인버터에 대한 데드타임 보상 방법으로서, (a) 상기 SVPWM 방식에 의하여 희망하는 출력을 얻기 위해 각 윗단 및 하단 반도체 스위치에 대한 데드타임이 포함된 스위칭 신호를 발생하는 단계, (b) 상기 스위칭 신호에 의해 출력되는 최대상 전류(imax), 중간상 전류(imid) 및 최소상 전류(imin)에서 중간상 전류(imid)를 검출하는 단계, (c) 상기 중간상 전류(imid)의 극성을 판별하는 단계, (d) 상기 중간상 전류(imid)의 극성에 따라 유효전압의 인가시간을 보상하기 위해 스위칭 시간을 계산하여 스위칭 신호를 발생하는 단계를 포함하고, 상기 중간상 전류의 경로에 따라서 각 상의 지령전압으로부터 최대상과 최소상의 값으로 유효전압 스위칭 시간을 보상하는 것을 특징으로 하는 SVPWM 방식의 3상 인버터에 대한 데드타임 보상 방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 "SVPWM 방식의 3상 인버터에 대한 데드타임 보상 방법"은 데드타임의 영향으로 인한 출력전압의 왜형과 출력전압에서의 기본파 전압 감소를 줄일 수 있다는 이점은 있으나, 고속으로 회전하는 BLDC 모터에 적용할 경우 복잡한 수식에 의한 느린 연산속도에 의해 정확한 회전자의 위치를 검출하기 어렵고, 모터 및 인버터 회로의 전류소모 및 발열 문제를 해결하기 어렵다는 문제점이 있다.Korean Patent No. 10-1268585 relates to a dead time compensation method for a three phase inverter of SVPWM type. The dead time compensation for a SVPWM type three phase inverter composed of a power semiconductor switch at the upper and lower ends (A) generating a switching signal including a dead time for each of the upper and lower semiconductor switches to obtain a desired output by the SVPWM scheme; (b) generating a switching signal including a maximum phase current (c) detecting the polarity of the intermediate-phase current (imid), (d) determining the polarity of the intermediate-phase current (imid) based on the intermediate-phase current (imid) and generating a switching signal by calculating a switching time to compensate an application time of the effective voltage according to the polarity of the intermediate current, Emitter discloses the maximum phase and the dead time compensation for the SVPWM method, characterized in that to compensate for the effective voltage on the switching time to the minimum value of the three-phase drive method. However, the "dead time compensation method for the SVPWM type three-phase inverter" has the advantage of reducing the distortion of the output voltage due to the dead time and the reduction of the fundamental wave voltage at the output voltage. However, It is difficult to accurately detect the position of the rotor due to a slow computation speed due to complicated mathematical expressions when applied to a motor and it is difficult to solve the current consumption and heat generation problems of the motor and the inverter circuit.

이에 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 고속으로 회전하는 BLDC 모터의 토크 리플을 제거할 수 있고, 엔코더 펄스값을 정확히 예측하여 BLDC 모터의 위치 오차를 최소화할 수 있으며, 모터 및 인버터 회로의 전류소모 및 발열을 방지할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 개발하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have found that it is possible to eliminate the torque ripple of the BLDC motor rotating at a high speed in order to solve the problems of the prior art, and to accurately estimate the encoder pulse value to minimize the position error of the BLDC motor, And a control method of the BLDC motor using the SVPWM that can prevent the current consumption and heat generation of the BLDC motor.

본 발명의 목적은 고속으로 회전하는 BLDC 모터의 토크 리플을 제거할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a control method of a BLDC motor using an SVPWM capable of eliminating torque ripple of a BLDC motor rotating at a high speed.

본 발명의 다른 목적은 엔코더 펄스값을 정확히 예측하여 BLDC 모터의 위치 오차를 최소화할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a control method of a BLDC motor using an SVPWM capable of accurately estimating an encoder pulse value and minimizing a position error of the BLDC motor.

본 발명의 또 다른 목적은 모터 및 인버터 회로의 전류소모 및 발열을 방지할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.It is still another object of the present invention to provide a control method of a BLDC motor using SVPWM that can prevent current consumption and heat generation of a motor and an inverter circuit.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 설명하는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.These and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법은, BLDC 모터의 3상 인버터의 게이트 소자에 대하여 온(On), 오프(Off)를 제어하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법에 있어서, 상기 인버터의 공간전압벡터를 6개의 섹터로 구분하고, 상기 6개의 섹터 중 어느 하나의 섹터의 공간전압벡터에서의 출력 PWM이 FET입력으로 들어갈 때, BLDC 모터의 전원 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간에 게이트 소자를 이용하여 상기 공간전압벡터에서의 출력 PWM을 3상 모두 오프(Off)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.A method of controlling a BLDC motor using an SVPWM according to the present invention is a method of controlling a BLDC motor using an SVPWM that controls on and off of a gate element of a three-phase inverter of a BLDC motor, The space voltage vector of the BLDC motor is divided into six sectors, and when the output PWM of the space voltage vector of any one of the six sectors enters the FET input, the three power phases of the BLDC motor are connected to the same pole And controlling output PWMs in the space voltage vector to be off in all three phases by using a gate device.

여기서, 상기 공간전압벡터에서의 출력 PWM이 FET입력으로 들어갈 때, 상기 BLDC 모터의 전원 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간은 공간전압벡터의 3상의 하이(High) FET가 모두 온(On)인 상태인 것을 특징으로 한다.Here, when the output PWM in the space voltage vector enters the FET input, the three power phases of the BLDC motor are all connected to the same pole, State.

상기 공간전압벡터의 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간은 공간전압벡터의 3상의 로우(Low) FET가 모두 온(On)인 상태인 것을 특징으로 한다.And a period in which all three phases of the space voltage vector are connected to the same pole is characterized in that all the three-phase low FETs of the space voltage vector are on.

상기 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법은, 엔코더를 이용하여 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계는 하기 수식 1을 이용하여 엔코더 펄스를 구하는 것을 특징으로 한다.The method of controlling a BLDC motor using the SVPWM may further include detecting a rotor position of a BLDC motor using an encoder, wherein the step of detecting a rotor position of the BLDC motor comprises: Is obtained.

수식 1Equation 1

Real Ep = (W^2 * Pg) + EpReal Ep = (W ^ 2 * Pg) + Ep

(W는 BLDC 모터의 속도이고, Pg는 예상 게인(Gain)이며, Ep는 엔코더 펄스이고, Real Ep는 실제 엔코더 펄스임.)(W is the speed of the BLDC motor, Pg is the expected gain, Ep is the encoder pulse, and Real Ep is the actual encoder pulse.)

본 발명은 고속으로 회전하는 BLDC 모터의 토크 리플을 제거할 수 있고, 엔코더 펄스값을 정확히 예측하여 BLDC 모터의 위치 오차를 최소화할 수 있으며, 모터 및 인버터 회로의 전류소모 및 발열을 방지할 수 있는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 제공하는 발명의 효과를 가진다.The present invention can eliminate the torque ripple of the BLDC motor rotating at high speed, minimize the position error of the BLDC motor by accurately predicting the encoder pulse value, and prevent current consumption and heat generation of the motor and inverter circuit The present invention provides the control method of the BLDC motor using the SVPWM.

도 1은 SVPWM 이론에 따른 BLDC 모터의 공간벡터도를 개략적으로 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V1 내지 V6을 구현하기 위한 각각의 인버터의 게이트 ON/OFF 상태를 나타낸 상태도이다.
도 3은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V0 구간에서 인버터의 High FET의 U, V 및 W상이 모두 OFF인 상태를 나타낸 상태도이다.
도 4는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V1 구간에서 인버터의 High FET의 U상이 ON 이고, V 및 W상이 OFF 인 상태를 나타낸 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V2 구간에서 인버터의 High FET의 U 및 V상이 ON 이고, W상이 OFF 인 상태를 나타낸 상태도이다.
도 6은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V7 구간에서 인버터의 High FET의 U, V 및 W상이 모두 ON 인 상태를 나타낸 상태도이다.
도 7은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터가 고속으로 회전할 때, 실제 필요한 전압과 오차 전압의 상태를 나타낸 비교도이다.1 is an explanatory diagram schematically showing a space vector diagram of a BLDC motor according to the SVPWM theory.
2 is a state diagram showing the gate ON / OFF states of the respective inverters for implementing the vectors V1 to V6 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.
3 is a state diagram showing a state in which the U, V, and W phases of the high FET of the inverter are all OFF in the vector V0 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.
4 is a state diagram showing a state in which the U phase of the high FET of the inverter is ON and the V and W phases are OFF in the vector V1 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.
5 is a state diagram showing a state in which the U and V phases of the high FET of the inverter are ON and the W phase is OFF in the vector V2 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.
6 is a state diagram showing a state in which the U, V and W phases of the high FET of the inverter are all ON in the vector V7 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.
FIG. 7 is a comparative diagram showing a state of an actually required voltage and an error voltage when the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention rotates at a high speed.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법을 상세히 설명한다.These and other objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a method of controlling a BLDC motor using an SVPWM according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V1 내지 V6을 구현하기 위한 각각의 인버터의 FET ON/OFF 상태를 나타낸 상태도이다.FIG. 2 is a state diagram showing FET ON / OFF states of the respective inverters for implementing the vectors V1 to V6 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 섹터(Sector) 1 내에 있는 벡터는 V1과 V2의 합으로 표현할 수 있다. 즉, 섹터 1 내의 벡터는 V1과 V2 벡터의 FET(Field Effect Transistor)의 상태를 타이밍 조절하여 표현된다. 예를 들어, 총 제어시간 Ts 동안 V1 벡터의 FET의 상태 시간이 T1이고, V2 벡터의 FET의 상태 시간이 T2라고 규정하면, Ts=T1+T2가 되도록 제어 주기 동안 두 가지의 게이트 상태를 만들고, 섹터 1 내의 벡터를 표현 가능하다. 그 후, T1과 T2의 비율을 조절함으로써 섹터 1 내의 모든 벡터가 표현될 수 있다. 이러한 방법에 의해 모든 섹터에 대하여 벡터로 표현할 수 있다.As shown in FIG. 2, the vector in the sector 1 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention can be represented by the sum of V1 and V2. That is, the vector in the sector 1 is represented by timing adjustment of the state of the FET (Field Effect Transistor) of the V1 and V2 vectors. For example, if the state time of the FET of the V1 vector is T1 and the state time of the FET of the V2 vector is T2 during the total control time Ts, then two gate states are created during the control period so that Ts = T1 + T2 , It is possible to express the vector in sector 1. All vectors in sector 1 can then be represented by adjusting the ratio of T1 to T2. By this method, all sectors can be expressed as a vector.

구체적으로, UVW 좌표 상에서 V1은 (1,0,0); V2는 (1,1,0); V3는 (0,1,0); V4는 (0,1,1); V5는 (0,0,1); V6는 (1,0,1); V7은 (1,1,1); V0는 (0,0,0)으로 각각 표시될 수 있다.Specifically, on the UVW coordinate V1 is (1,0,0); V2 is (1,1,0); V3 is (0, 1, 0); V4 is (0, 1, 1); V5 is (0,0,1); V6 is (1, 0, 1); V7 is (1,1,1); V0 can be expressed as (0, 0, 0), respectively.

도 3은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V0 구간에서 인버터의 High FET의 U, V 및 W상이 모두 OFF인 상태를 나타낸 상태도이다.3 is a state diagram showing a state in which the U, V, and W phases of the high FET of the inverter are all OFF in the vector V0 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V0 구간에서 U, V 및 W상은 모두 0의 출력을 가진다. 따라서, 인버터는 High FET이 모두 OFF 상태이고, Low 게이트의 FET이 모두 ON 상태가 된다. 이 상태에서 BLDC 모터와 연결되는 U,V 및 W상은 모두 인버터의 접지(그라운드)로 연결된다.As shown in FIG. 3, the U, V, and W phases of the vector V0 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention have an output of zero. Therefore, all the high FETs in the inverter are in the OFF state and all the low gate FETs are in the ON state. In this state, the U, V, and W phases connected to the BLDC motor are all connected to the ground (ground) of the inverter.

도 4는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V1 구간에서 인버터의 High FET U상이 ON 이고, V 및 W상이 OFF 인 상태를 나타낸 상태도이고, 도 5는 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V2 구간에서 인버터의 High FET의 U 및 V상이 ON 이고, W상이 OFF 인 상태를 나타낸 상태도이며, 도 6은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V7 구간에서 인버터의 High FET의 U, V 및 W상이 모두 ON 인 상태를 나타낸 상태도이다.4 is a state view showing a state in which the high FET U phase of the inverter is ON and the V and W phases are OFF in the vector V1 section of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention, FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the U and V phases of the high FET of the inverter are ON and the W phase is OFF in the vector V2 section of the inverter. FIG. , V and W phases are both ON.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V1 구간에서 벡터 V1은 T1 시간 동안 출력할 경우 U상의 High FET가 ON 이고, V 및 W상의 High FET가 OFF가 되어 U,V,W 좌표는 (1,0,0)이 된다. 이 상태에서, BLDC 모터에 흐르는 전류는 High FET가 ON 상태인 U상으로 들어간 후 High FET가 OFF 상태인(Low FET가 ON 상태인) V상과 W상으로 흘러나오게 된다.As shown in FIG. 4, in the vector V1 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention, when the vector V1 is output for T1 time, the high FET in the U phase is turned on and the high FET in the V and W phases is turned off , V, and W coordinates are (1,0,0). In this state, the current flowing in the BLDC motor flows into the V phase and the W phase in which the high FET is in the OFF state (the low FET is in the ON state) after the high FET enters the U phase in the ON state.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V2 구간에서 벡터 V2는 T2 시간 동안 출력할 경우 U 및 V상의 High FET는 ON 이고, W상의 High FET는 OFF가 되어 U,V,W 좌표는 (1,1,0)이 된다. 이 상태에서, BLDC 모터에 흐르는 전류는 High FET가 ON 상태인 U 및 V상으로 들어간 후 High FET가 OFF 상태인(Low FET가 ON 상태인) W상으로 흘러나오게 된다.As shown in FIG. 5, in the vector V2 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention, when the vector V2 is output for T2 time, the high FETs of the U and V phases are ON and the high FET of the W phase is OFF , V, and W coordinates are (1, 1, 0). In this state, the current flowing in the BLDC motor flows into the U and V phases where the high FET is in the ON state, and then to the W phase where the high FET is in the OFF state (the low FET is in the ON state).

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 벡터 V7 구간에서 벡터 V7은 High FET가 모두 ON 상태로, U,V,W 좌표는 (1,1,1)이 된다. 이 경우에는 BLDC 모터에 연결된 모든 U, V, W상이 인버터의 전원(Vcc)에 연결된다.As shown in FIG. 6, in the vector V7 of the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention, the vector V7 has the high FETs in the ON state and the U, V, and W coordinates are (1,1,1). In this case, all U, V, W phases connected to the BLDC motor are connected to the power supply (Vcc) of the inverter.

여기서, 도 3과 같이 U,V 및 W상은 모두 인버터의 접지(그라운드)로 연결되거나, 도 6과 같이 U, V, W상이 인버터의 전원(Vcc)에 연결될 경우 BLDC 모터의 역기전력(Back EMF)에 의해 BLDC 모터의 발열량과 전류소모량은 증가하게 된다.3, the U, V, and W phases may be connected to the ground of the inverter, or when the U, V, and W phases are connected to the power source Vcc of the inverter as shown in FIG. 6, the back EMF of the BLDC motor, The heating value and the current consumption of the BLDC motor are increased.

상기 BLDC 모터의 발열량과 전류소모량이 증가할 경우, 컨트롤러의 출력에서 BLDC 모터의 인버터의 게이트 소자들을 모두 OFF 시켜 BLDC 모터의 U, V, W상이 연결되지 않도록 하여 BLDC 모터의 발열량과 전류소모량의 증가를 방지할 수 있다.When the heating value and the current consumption of the BLDC motor increase, the gate elements of the inverter of the BLDC motor are all turned off at the output of the controller so that the U, V, and W phases of the BLDC motor are not connected to increase the heating value and the current consumption of the BLDC motor Can be prevented.

구체적으로, SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법은, 인버터의 공간전압벡터를 6개의 섹터로 구분하고, 상기 6개의 섹터 중 어느 하나의 섹터의 공간전압벡터에서의 출력 PWM이 FET 입력으로 들어갈 때, BLDC 모터의 전원 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간에 게이트 소자를 이용하여 상기 공간전압벡터의 3상이 모두 오프(Off)가 되도록 제어한다. 즉, 공간전압벡터의 3상의 하이(High) FET가 모두 온(On)인 상태이거나 로우(Low) FET가 모두 온(On) 상태의 구간은 BLDC 모터의 발열량과 전류소모량이 증가되는 구간에 해당하고, 이 구간에서 인버터의 게이트 소자들을 모두 OFF로 하는 게이트 로직을 만들어 추가하는 방식으로 구성하는 것이 바람직하다.Specifically, the control method of the BLDC motor using the SVPWM divides the space voltage vector of the inverter into six sectors, and when the output PWM at a space voltage vector of any one of the six sectors enters the FET input, Control is performed such that all three phases of the space voltage vector are turned off using a gate element in a section where all three power sources of the BLDC motor are connected to the same pole. That is, the interval in which the three-phase high FET of the space voltage vector is in the on state or the low FET is in the on state corresponds to a period in which the heating value and the current consumption of the BLDC motor increase And it is preferable to configure the gate logic in such a manner that all the gate elements of the inverter are turned off in this interval to add the gate logic.

도 7은 본 발명에 따른 SVPWM을 이용한 BLDC 모터가 고속으로 회전할 때, 실제 필요한 전압과 오차 전압의 상태를 나타낸 비교도이다.FIG. 7 is a comparative diagram showing a state of an actually required voltage and an error voltage when the BLDC motor using the SVPWM according to the present invention rotates at a high speed.

도 7에 도시된 바와 같이, 고속으로 회전하는 상태에서, 실제 모터의 위치(회색 자석)는 모터 컨트롤러에서 모터의 속도를 검출하고 엔코더로 모터의 위치를 파악했을 때의 위치(붉은색 자석)는 차이를 가지게 된다. 또한, 실제 필요한 전압(초록색 화살표)과 컨트롤러에서 인식한 모터 위치에 대한 전압(파란색 화살표)도 오차가 발생된다. 모터의 위치와 전압에 대한 오차는 코터가 고속으로 회전할 경우 정확한 모터의 위치를 파악하지 못하기 때문에 발생되는 현상이다. 이러한 현상은 본 발명의 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법에 의해 해결될 수 있다.
As shown in Fig. 7, in the state of rotating at a high speed, the position (gray magnet) of the actual motor detects the speed of the motor in the motor controller and the position of the motor is detected by the encoder Difference. In addition, the actual required voltage (green arrow) and the voltage (blue arrow) to the motor position recognized by the controller also produce an error. Errors in the position and voltage of the motor are caused by the inability of the correct motor position to be detected when the coater rotates at high speed. This phenomenon can be solved by a control method of a BLDC motor using the SVPWM of the present invention.

수식 1Equation 1

Real Ep = (W^2 * Pg) + EpReal Ep = (W ^ 2 * Pg) + Ep

(W는 BLDC 모터의 속도이고, Pg는 예상 게인(Gain)이며, Ep는 엔코더 펄스이고, Real Ep는 실제 엔코더 펄스임.)
(W is the speed of the BLDC motor, Pg is the expected gain, Ep is the encoder pulse, and Real Ep is the actual encoder pulse.)

BLDC 모터가 고속으로 회전할 경우 일반적인 SVPWM 기법을 이용하여 BLDC 모터를 제어할 경우 SVPWM 기법을 이용하여 계산하는 시간동안 BLDC 모터의 위치 오차가 발생하게 된다. 이 경우 상기 수식 1을 이용하여 BLDC 모터의 위치 오차를 최소화할 수 있다. 구체적으로, 모터의 속도가 증가하면 오차가 그에 따라 증가하기 때문에 모터의 속도 증가에 따른 위치 오차는 모터의 속도의 제곱에 비례한다. 즉, 모터의 속도(W)가 증가하게 되면, 모터의 속도(W)의 제곱에 해당하는 값에 예상 게인(Pg)을 곱한 후 나오는 값이 실제 모터의 위치 오차라고 할 수 있다. 따라서, 실제 엔코더 펄스의 값은 모터의 속도(W)의 제곱에 해당하는 값에 예상 게인(Pg)을 곱한 후 나오는 값과 엔코더 펄스값을 더하면 컨트롤러는 엔코더로 측정한 위치보다 더 이동한 상태로 모터를 제어하게 된다. 이러한 방법을 통하여 모터 속도가 증가할 때 발생하는 실제 위치에 대한 오차를 줄여서 SVPWM에 필요한 전압을 인가할 수 있다.When the BLDC motor rotates at a high speed, when the BLDC motor is controlled using the general SVPWM technique, the position error of the BLDC motor occurs during the calculation time using the SVPWM technique. In this case, the position error of the BLDC motor can be minimized by using Equation (1). Specifically, since the error increases as the speed of the motor increases, the position error due to the speed increase of the motor is proportional to the square of the speed of the motor. That is, when the speed W of the motor increases, the value obtained by multiplying the value corresponding to the square of the speed W of the motor by the expected gain Pg is the actual position error of the motor. Therefore, the actual encoder pulse value is obtained by multiplying the value corresponding to the square of the motor speed (W) by the expected gain (Pg) and adding the encoder pulse value to the controller so that the controller moves further than the position measured by the encoder The motor is controlled. In this way, it is possible to reduce the error of the actual position that occurs when the motor speed increases, so that the voltage necessary for the SVPWM can be applied.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the specific embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims, And equivalents should also be considered to be within the scope of the present invention.

Claims (4)

BLDC 모터의 3상 인버터의 게이트 소자에 대하여 온(On), 오프(Off)를 제어하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법에 있어서,
상기 인버터의 공간전압벡터를 6개의 섹터로 구분하고, 상기 6개의 섹터 중 어느 하나의 섹터의 공간전압벡터에서의 출력 PWM이 FET입력으로 들어갈 때, BLDC 모터의 전원 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간에 게이트 소자를 이용하여 상기 공간전압벡터에서의 출력 PWM을 3상 모두 오프(Off)가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법.A method of controlling a BLDC motor using an SVPWM that controls ON and OFF of a gate element of a three-phase inverter of a BLDC motor,
The space voltage vector of the inverter is divided into six sectors, and when the output PWM at the space voltage vector of any one of the six sectors enters the FET input, all three power sources of the BLDC motor are connected to the same pole And the output PWM in the space voltage vector is controlled so as to be off in all three phases by using a gate element in the interval. 제1항에 있어서, 상기 공간전압벡터에서의 출력 PWM이 FET입력으로 들어갈 때, 상기 BLDC 모터의 전원 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간은 공간전압벡터의 3상의 하이(High) FET가 모두 온(On)인 상태인 것을 특징으로 하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법.2. The method of claim 1, wherein when the output PWM at the space voltage vector enters the FET input, the three power phases of the BLDC motor are all connected to the same pole, (ON) state of the BLDC motor using the SVPWM. 제1항에 있어서, 상기 공간전압벡터의 3상이 모두 같은 극에 연결되는 구간은 공간전압벡터의 3상의 로우(Low) FET가 모두 온(On)인 상태인 것을 특징으로 하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법.2. The BLDC motor according to claim 1, characterized in that a period in which all three phases of the space voltage vector are connected to the same pole is a state in which all three-phase low FETs of a space voltage vector are on / RTI > 제1항에 있어서,
상기 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법은, 엔코더를 이용하여 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 BLDC 모터의 회전자 위치를 검출하는 단계는 하기 수식 1을 이용하여 엔코더 펄스를 구하는 것을 특징으로 하는 SVPWM을 이용한 BLDC 모터의 제어 방법.
수식 1
Real Ep = (W^2 * Pg) + Ep
(W는 BLDC 모터의 속도이고, Pg는 예상 게인(Gain)이며, Ep는 엔코더 펄스이고, Real Ep는 실제 엔코더 펄스임.)The method according to claim 1,
The method of controlling a BLDC motor using the SVPWM may further include detecting a rotor position of a BLDC motor using an encoder, wherein the step of detecting a rotor position of the BLDC motor comprises: Wherein the SVPWM is determined based on the SVPWM.
Equation 1
Real Ep = (W ^ 2 * Pg) + Ep
(W is the speed of the BLDC motor, Pg is the expected gain, Ep is the encoder pulse, and Real Ep is the actual encoder pulse.)
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