KR20170060963A - 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법으로서, 기설정된 제1 초기값에 따른 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 모터를 구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 상기 회전자 위치가 기설정된 범위 이내에서 변경된 경우는 정지 상태로 하고 기설정된 범위를 초과하여 변경된 경우는 회전 상태로 판단하는 단계와, 상기 모터가 정지 상태로 판단되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 상기 펄스폭변조 신호의 출력을 기설정된 지연시간만큼 차단하는 단계와, 상기 지연시간이 경과한 후 상기 제1 초기값 보다 큰 제2 초기값의 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 상기 모터를 재구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 위치를 재감지하여 상기 모터가 회전 상태로 감지되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 펄스폭변조 신호의 듀티비를 상기 제2 초기값부터 기설정된 목표값까지 단계적으로 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 모터의 초기 기동 토크를 충족시키면서 모터 시스템에 적합한 초기 듀티 구동을 찾아갈 수 있도록 해줌으로써 모터의 안정적인 시스템 구현이 가능하게 된다.

Description

킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법{SOFT SWITCHING METHOD OF MOTOR PROVIDING KICK-START}

본 발명은 모터의 소프트 스위칭 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 모터의 파워스위치에 무리가 가지 않으면서 모터의 초기 기동 토크를 충족시키도록 킥스타트를 제공하는 모터의 스위칭 방법에 관한 것이다.

스위치 제어방식을 가지는 모터 또는 전원장치의 경우 초기 구동시에 유입되는 돌입전류(Inrush current)에 의한 파워 스위치의 소손을 방지하기 위하여 일정시간(약 10ms) 동안 게이트 구동신호인 PWM(Pulse Width Modulation)신호의 듀티(duty)폭을 조금씩 증가시키는 방식으로 파워 스위치를 안정화한 후 정상동작을 수행하도록 한다. 이러한 제어방법을 소프트 스타트라고 하며 일정시간 동안 파워 스위치를 안정화하는 구간을 소프트 스타트 타임이라고 한다. 이러한 소프트 스타트 기능 구현을 통해 파워 스위치의 열화를 방지하며 스위치의 사용 수명을 연장시켜준다.

일반적으로 모터 제어의 경우 입력 제어신호에 따라 모터의 속도를 제어하는 PWM의 듀티(duty) 제어를 수행함에 있어서 초기 구동 이후에 큰 폭의 변화가 없는 스위치 제어방식 전원장치와 다르게 입력 제어신호에 따라 큰 폭의 변화를 필요하게 된다. 따라서 순간적인 속도 변경을 위한 듀티(duty) 제어 폭의 변화는 모터 제어용 스위치에 무리를 줌으로써 수명 단축의 원인이 되기도 하며, 모터 고장의 원인이 되기도 한다.

종래기술에 따르면, 듀티의 큰 폭의 변화를 방지하기 위하여 소프트 스타트를 위한 컨버터 등이 제안되고 있으나, 이러한 종래기술에 의해서는 소프트 스타트 또는 소프트 스위칭을 위한 스위칭 단계를 쉽게 조절할 수 없다는 문제점이 있으며, 초기 구동 이후에는 듀티의 변화에 대응하기 어렵다는 단점이 있다.

KR 10-2007-0118752 A KR 10-2008-0095567 A

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모터의 파워스위치에 무리가 가지 않으면서 모터의 초기 기동 토크를 충족시키도록 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법은, 기설정된 제1 초기값에 따른 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 모터를 구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 상기 회전자 위치가 기설정된 범위 이내에서 변경된 경우는 정지 상태로 하고 기설정된 범위를 초과하여 변경된 경우는 회전 상태로 판단하는 단계와, 상기 모터가 정지 상태로 판단되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 상기 펄스폭변조 신호의 출력을 기설정된 지연시간만큼 차단하는 단계와, 상기 지연시간이 경과한 후 상기 제1 초기값 보다 큰 제2 초기값의 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 상기 모터를 재구동하는 단계와, 상기 모터의 회전자 위치를 재감지하여 상기 모터가 회전 상태로 감지되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 펄스폭변조 신호의 듀티비를 상기 제2 초기값부터 기설정된 목표값까지 단계적으로 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 모터의 초기 기동 토크를 충족시키면서 모터 시스템에 적합한 초기 듀티 구동을 찾아갈 수 있도록 해줌으로써 모터의 안정적인 시스템 구현이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 펄스폭변조 신호의 스위칭 듀티비를 모터의 초기 구동이 개시되는 시점의 듀티비로부터 모터의 이상적인 목표 듀티비까지 단계별로 증감하기 때문에 모터의 파워스위치에 무리가 가지 않게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법을 나타내는 순서도이고,
도 2는 도 1을 적용한 모터의 구동 회로를 간략하게 나타내는 블록도이고,
도 3은 도 2의 듀티비 증감부의 내부 구성을 간략하게 나타내는 블록도이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법을 나타내는 순서도이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법은 도 2에 도시된 모터의 구동회로를 이용하여 구현할 수 있다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기설정된 제1 초기값에 따른 듀티비를 가지는 펄스폭변조(PWM) 신호에 따라 모터(10)를 구동한다(S100).

예컨대, PWM 생성부(50)는 상기 제1 초기값에 따른 듀티비를 가지는 PWM 신호를 생성하여 구동부(60)로 출력하고, 구동부(60)는 입력된 PWM 신호에 포함된 듀티비에 기초하여 모터(10)를 구동시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법은 모터의 구동 명령에 대응하는 PWM 신호의 듀티비에 대한 목표값이 기설정된 상태이며, 이때 상기 제1 초기값은 상기 목표값보다 작게 설정되는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 목표값이 10%로 설정되는 경우, 상기 제1 초기값은 2.5%로 설정될 수 있다.

다음으로, 상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 상기 회전자 위치가 기설정된 범위 이내에서 변경된 경우는 정지 상태로 하고 기설정된 범위를 초과하여 변경된 경우는 회전 상태로 판단한다(S200).

예컨대, 만일 상기 기설정된 범위가 0° 내지 10°일 때, 감지부(20)에 의해 감지된 모터(10)의 회전자 위치에 대응하는 각도가 8°이면 모터(10)가 정지 상태인 것으로 판단한다.

다음으로, 상기 모터가 정지 상태로 판단되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 상기 PWM 신호의 출력을 기설정된 지연시간만큼 차단하고(S300), 상기 지연시간이 경과한 후 상기 제1 초기값 보다 큰 제2 초기값의 듀티비를 가지는 PWM 신호에 따라 상기 모터를 재구동한다(S400).

이 경우, 상기 지연시간 동안 상기 모터(10)에 공급되는 토크는 급격하게 감소하여 0에 가까워지고, 상기 지연시간 경과 후 상기 모터(10)를 재구동하게 되면, 거의 정지된 상태에 있던 모터(10)의 운동량의 변화량, 즉, 충격량이 증가하여 상기 모터(10)에 높은 크기의 최대 토크가 순간적으로 발생하게 됨으로써, 듀티비의 증가량이 작은 경우에도 효과적으로 모터의 초기 기동 토크를 충족시킬 수 있게 된다.

다음으로, 상기 모터의 회전자 위치를 재감지하여 상기 모터가 회전 상태로 감지되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 PWM 신호의 듀티비를 상기 제2 초기값부터 기설정된 목표값까지 단계적으로 증감시킨다(S600).

여기서, 상기 증감시키는 단계(S600)는, 상기 제2 초기값과 상기 목표값의 차이값을 계산하는 단계(S601)와, 상기 차이값을 기설정된 비트값만큼 비트 오른쪽 쉬프트 연산하여 스텝 사이즈를 구하는 단계(S602)와, 상기 제2 초기값으로부터 상기 목표값까지를 상기 스텝 사이즈만큼 증감함에 따른 복수 개의 증감 단계에 기초하여 단계적으로 증감시키는 단계(S603)를 포함할 수 있다.

이때, 상기 증감시키는 단계(S600)는 도 2의 듀티비 증감부(40)에 의해 수행되는데, 듀티비 증감부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 신호검출기(110), 뺄셈기(120), 쉬프터(130), 가감산기(150), 소프트 스위칭 레지스터(160), 피연산자 레지스터(170), 멀티플렉서(180) 및 스텝 제어부(190)의 구성을 구비한 상태일 수 있다.

여기서, 신호 검출기(110)는 상기 제2 초기값과 상기 목표값을 이진화하여 저장하고, 뺄셈기(120)는 저장된 제2 초기값과 상기 목표값의 차이값을 계산하고, 쉬프터(130)는 계산된 차이값을 기설정된 비트값만큼 비트 오른쪽 방향 연산하여 스텝 사이즈를 구하고, 가감산기(150)는 입력되는 이진수값을 스텝 사이즈만큼 더하거나 빼고, 소프트 스위칭 레지스터(160)는 가감산기(150)의 출력값을 저장 및 출력하고, 피연산자 레지스터(170)는 소프트 스위칭 레지스터(160)의 출력값을 입력받아 기저장된 피연산자값을 소프트 스위칭 레지스터(160)의 출력값으로 변경하거나 유지하고, 멀티플렉서(180)는 상기 제2 초기값과 피연산자 레지스터(170)로부터 피연산자값을 입력받아 선택신호에 기초하여 상기 제2 초기값 또는 피연산자값을 가감산기(150)로 출력하도록 하고, 스텝 제어부(190)는 상기 제2 초기값부터 상기 목표값까지의 스텝 사이즈만큼 증감함에 따른 복수 개의 증감 단계에 기초하여 선택신호를 생성하고 멀티플렉서(180)에 생성된 선택신호를 제공한다.

이하, 도 3을 참조하여 듀티비 증감부(40)를 이용하여 상기 증감시키는 단계(S600)를 수행하는 구체적인 동작 예시를 설명하면 다음과 같다.

만일 신호 검출기(110)가 상기 제2 초기값으로 6비트로 이루어지는 010100(십진수 값은 20)과, 상기 목표값으로 101000(십진수 값은 40)을 입력받는 경우, 뺄셈기(120)는 101000과 010100의 차이를 계산하여, 010100(십진수 값은 20)이라는 차이값을 계산하게 된다.

이후, 쉬프터(130)에서 2단계 소프트 스위칭을 위해 차이값인 010100을 기설정된 비트값(예를 들어, 1bit)만큼 비트 오른쪽 연산을 하면 001010(십진수 값은 10)이라는 스텝 사이즈를 구할 수 있게 된다.

이때, 스위칭 스텝 레지스터(140)는 스텝 사이즈인 000101을 저장한다.

한편, 멀티플렉서(180)는 상기 제2 초기값인 010100(십진수 값은 20)을 신호검출기(110)로부터 입력받으며, 스텝 제어부(190)에서 생성된 제1 선택신호를 제공받아 상기 제2 초기값인 010100을 최초 단계(step1)로서 출력한다.

가감산기(150)는 최초 단계로서 멀티플렉서(180)에서 출력된 010100(십진수로 20)로부터 스텝 사이즈인 001010(십진수로 10)만큼 증가시켜 011110(십진수로 30)을 최초 단계(step1)로서 저장하게 된다.

피연산자 레지스터(170)는 최초 단계(step1)에서는 기저장된 피연산자값으로 각각의 비트별로 0인 값인 000000을 저장하고 있으며, 가감산기(150) 또는 소프트 스위칭 레지스터(160)에서 출력값이 011110(십진수로 30)으로 바뀌면, 두번째 단계(step2)로서 기저장된 피연산자값(000000)을 소프트 스위칭 레지스터(160)의 출력값(011110)으로 변경하고 변경된 피연산자값(011110(십진수로 30))을 멀티플렉서(180)로 출력한다.

멀티플렉서(180)는 피연산자 레지스터(170)로부터 피연산자값을 입력받으며, 스텝 제어부(190)는 두번째 단계(step2)에서는 멀티플렉서(180)가 피연산자 레지스터(170)의 피연산자값을 출력하도록 하는 제2 선택신호를 생성하고, 제2 선택신호를 멀티플렉서(180)에 제공한다.

멀티플렉서(180)는 제2 선택신호에 따라 두번째 단계(step2)로서 011110(십진수로 30)을 출력한다.

이후, 가감산기(150)는 멀티플렉서(180)의 출력으로부터 스텝 사이즈만큼 값이 증가되도록 연산하여 두번째 단계(step2)의 출력값인 101000(십진수로 40)을 출력하고, 소프트 스위칭 레지스터(170)는 이 값을 저장한다.

스텝 제어부(190)는 증감 단계 중 마지막 단계(step2)인 경우 피연산자 레지스터(170)에 디스에이블 신호를 인가한다.

이 경우, 피연산자 레지스터(170)의 출력값은 011110을 유지하게 되며, 가감산기(150)에서는 011110에서 스텝 사이즈만큼을 더한 값인 101000(십진수로 40)을 출력하게 되므로, 소프트 스위칭 레지스터(160)의 출력값도 101000(십진수로 40)을 유지하게 된다.

이에 따라, 펄스폭변조 신호의 스위칭 듀티비를 모터의 초기 구동이 개시되는 시점의 듀티비로부터 모터의 이상적인 목표 듀티비까지 단계별로 증감하기 때문에 모터의 파워스위치에 무리가 가지 않게 된다.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법은 제1 스텝 및 제2 스텝이 기설정된 상태일 때, 상기 차단하는 단계(S300)와 상기 재구동하는 단계(S400) 사이에, 상기 제1 스텝에서 상기 제2 스텝으로 스텝 업(step up)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 스텝은 상기 제1 초기값부터 상기 목표값까지 단계적으로 증감하는 복수 개의 증감 단계를 포함하고, 상기 제2 스텝은 상기 제2 초기값부터 상기 목표값까지 단계적으로 증감하는 복수 개의 증감 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 제2 스텝은 상기 제1 스텝보다 우선순위가 낮은 것이 바람직하다.

예컨대, 스텝 선택부(30)는 우선순위에 따라 초기 상태로 제1 스텝이 설정된 상태로, 감지부(20)에 의해 모터(10)의 회전자 위치를 감지하여 상기 모터(10)가 정지 상태로 판단되면 스텝 선택부(30)는 상기 초기 상태를 유지하나, 만일 상기 모터(10)가 회전 상태로 판단되면 스텝 선택부(30)는 상기 제1 스텝에서 스텝 업(Step-up)하여 상기 제2 스텝을 선택하게 된다.

한편, 전술한 바에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법의 경우, 제1 초기값 및 제2 초기값이 기설정된 상태이거나, 상기 제1 초기값을 가지는 제1 단계와 상기 제2 초기값을 가지는 제2 단계가 기설정된 상태만을 고려하고 있긴 하나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 초기값 또는 단계들을 추가하는 것도 가능하다.

이에 따라, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법을 이용하면, 모터의 초기 기동 토크를 충족시키면서 모터 시스템에 적합한 초기 듀티 구동을 찾아갈 수 있도록 해줌으로써 모터의 안정적인 시스템 구현이 가능하게 될 뿐 아니라, 펄스폭변조 신호의 스위칭 듀티비를 모터의 초기 구동이 개시되는 시점의 듀티비로부터 모터의 이상적인 목표 듀티비까지 단계별로 증감하기 때문에 모터의 파워스위치에 무리가 가지 않게 된다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

10: 모터 20: 감지부
30: 스텝 선택부 40: 듀티비 증감부
50: PWM 생성부 60: 구동부
110: 신호검출기 120: 뺄셈기
130: 쉬프터 135: 비트값 설정부
140: 스위칭 스텝 레지스터 150: 가감산기
160: 소프트 스위칭 레지스터 170: 피연산자 레지스터
180: 멀티플렉서 190: 스텝 제어부

Claims (3)

1. 기설정된 제1 초기값에 따른 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 모터를 구동하는 단계;
   상기 모터의 회전자 위치를 감지하여 상기 회전자 위치가 기설정된 범위 이내에서 변경된 경우는 정지 상태로 하고 기설정된 범위를 초과하여 변경된 경우는 회전 상태로 판단하는 단계;
   상기 모터가 정지 상태로 판단되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 상기 펄스폭변조 신호의 출력을 기설정된 지연시간만큼 차단하는 단계;
   상기 지연시간이 경과한 후 상기 제1 초기값 보다 큰 제2 초기값의 듀티비를 가지는 펄스폭변조 신호에 따라 상기 모터를 재구동하는 단계; 및
   상기 모터의 회전자 위치를 재감지하여 상기 모터가 회전 상태로 감지되는 경우 상기 모터를 구동하기 위한 펄스폭변조 신호의 듀티비를 상기 제2 초기값부터 기설정된 목표값까지 단계적으로 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 증감시키는 단계는,
   상기 제2 초기값과 상기 목표값의 차이값을 계산하는 단계;
   상기 차이값을 기설정된 비트값만큼 비트 오른쪽 쉬프트 연산하여 스텝 사이즈를 구하는 단계; 및
   상기 제2 초기값으로부터 상기 목표값까지를 상기 스텝 사이즈만큼 증감함에 따른 복수 개의 증감 단계에 기초하여 단계적으로 증감시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 초기값부터 상기 목표값까지 단계적으로 증감하는 복수 개의 증감 단계를 포함하는 제1 스텝과, 상기 제2 초기값부터 상기 목표값까지 단계적으로 증감하는 복수 개의 증감 단계를 포함하되 상기 제1 스텝보다 우선순위가 낮은 제2 스텝이 기설정된 상태일 때,
   상기 차단하는 단계와 상기 재구동하는 단계 사이에,
   상기 제1 스텝에서 상기 제2 스텝으로 스텝 업(step up)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 킥스타트를 제공하는 모터의 소프트 스위칭 방법.
   
   
   
   
   
   

Images