KR20180082128A - Apparatus and method for controlling a start of BLDC motor using detection of phase voltage - Google Patents

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KR20180082128A
KR20180082128A KR1020170003427A KR20170003427A KR20180082128A KR 20180082128 A KR20180082128 A KR 20180082128A KR 1020170003427 A KR1020170003427 A KR 1020170003427A KR 20170003427 A KR20170003427 A KR 20170003427A KR 20180082128 A KR20180082128 A KR 20180082128A
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counter electromotive
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motor
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안경원
김상훈
김원석
김태완
박푸른샘
이성준
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한온시스템 주식회사
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    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Abstract

Disclosed are a method and a device for controlling activation of a brushless DC (BLDC) motor using a phase voltage detection which forcibly arranges a location of a rotor when a BLDC motor initially starts, and then performs a phase switching, and operates as a sensorless mode if a back-electromotive force of a phase to which a voltage is not applied, is detected and stabilized within a setting value. The disclosed brushless DC motor activation control device comprises: a rectifying unit which rectifies and smooths AC powers to supply the same as DC powers; a BLDC motor which has a rotor; an inverter which converts the DC powers supplied from the rectifying unit into a three-phase AC power (U, V, W) in a pulse form having a temporary variable frequency and supplies the same to the BLDC motor; a terminal voltage detecting unit which detects terminal voltages of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor; and a control unit which forcibly arranges a location of the rotor, and, when the arrangement of the rotor is completed, performs a phase switching for acceleration, detects a back-electromotive force of a phase, to which a voltage is not applied, through the terminal voltage detecting unit, performs a phase switching by predetermined times until the detected back-electromotive force value is within a predetermined setting value, and, if the detected back-electromotive force value is within a predetermined setting value, controls the inverter by the sensorless mode.

Description

상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치{Apparatus and method for controlling a start of BLDC motor using detection of phase voltage}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless DC motor start control method and apparatus using phase voltage detection,
본 발명은 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a brushless direct current motor start control method and apparatus using phase voltage detection, and more particularly, to a brushless direct current motor start control method and apparatus using a brushless direct current (DC) phase DC motor start control method and apparatus using the phase voltage detection to perform the phase change and to operate in the sensorless mode when the counter electromotive force of the phase in which the voltage is not applied is detected and stabilized within the set value .
통상, BLDC(BrushLess Direct Current) 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, 적절한 전환을 위해서는 회전자의 위치를 정확히 인식해야 한다. 여기서 전환이란 회전자가 회전할 수 있도록 모터 고정자 코일의 전류 방향을 바꾸어 주는 것이다.Normally, a stator of a BLDC (Brushless Direct Current) motor uses an armature that forms a current by flowing a current through a coil, and a rotator uses a permanent magnet formed by repeated N and S poles . In order for the BLDC motor to rotate continuously, it is necessary to form a continuous rotor system of the BLDC motor. In order to form a continuous rotor system, the commutation of the current flowing in the coil of each phase of the armature must be made at an appropriate point. For the conversion, the position of the rotor must be accurately recognized. The conversion here is to change the current direction of the motor stator coil so that the rotor can rotate.
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.In order to operate the BLDC motor smoothly, it is necessary to precisely match the position of the rotor and the switching point of the phase current, and a device for detecting the position of the rotor is required for this purpose. Generally, A position detection sensor such as a Hall sensor, a resolver device, or an encoder is used. However, since such a position detection sensor has a problem in that manufacturing cost is increased and a driving circuit is complicated, A method for detecting the position of the rotor was sought.
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.As a result, an electric circuit for detecting the position of the rotor by using the counter electromotive force of the BLDC motor is widely used, and an operation mode for detecting the position of the rotor by using an electric circuit instead of the position detection sensor is referred to as a sensorless operation mode do.
그런데, 이와 같은 종래 BLDC 모터의 센서리스 운전제어방법은, BLDC 모터를 구동하기 위해 회전자의 위치 정보가 필수적으로 요구된다. However, in the sensorless operation control method of the conventional BLDC motor, the position information of the rotor is indispensably required to drive the BLDC motor.
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.If a voltage is applied to an arbitrary stator winding without knowing the position information of the rotor, an overcurrent flows, which causes a large torque ripple, and there is a risk of permanent magnet magnetization of the rotor due to overcurrent.
그리고, BLDC 모터의 원활한 운전을 위해서는 회전자 위치 검출장치가 요구되고, 이러한 회전자 위치 검출장치를 구비함에 따라 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.Further, a rotor position detecting device is required for smooth operation of the BLDC motor, and manufacturing cost increases due to the rotor position detecting device.
한국 공개특허공보 제10-2016-0056622호(공개일: 2016.05.20)Korean Patent Publication No. 10-2016-0056622 (Publication date: May 20, 2016)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention to solve the above-mentioned problems is to provide a BLDC motor in which the position of a rotator is forcibly aligned at the time of initial operation of the BLDC motor and then a phase change is performed and a counter electromotive force And to operate in a sensorless mode when the detected value is stabilized within a set value.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치는, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부; 회전자(Rotor)를 구비하는 BLDC 모터; 상기 정류부에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 공급하는 인버터; 상기 BLDC 모터에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하는 단자전압 검출부; 및 상기 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 상기 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 상기 단자전압 검출부를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for starting up a brushless DC motor using phase voltage detection, comprising: a rectifier for rectifying and smoothing an AC power source and supplying the same to a DC power source; A BLDC motor having a rotor; An inverter for converting the DC power supplied from the rectifying part into pulse-type three-phase AC power (U, V, W) having an arbitrary variable frequency and supplying the DC power to the BLDC motor; A terminal voltage detector for detecting a terminal voltage of each phase (U, V, W) from a three-phase AC power source supplied to the BLDC motor; And a controller for performing a phase change for acceleration when the alignment of the rotor is completed by forcibly aligning the position of the rotor and a counter electromotive force And performs a phase change at a predetermined number of times until the detected counter electromotive force value becomes within a predetermined value and controls the inverter in a sensorless mode when the detected counter electromotive force value is within a predetermined value .
또한, 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정된 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.Also, the control unit may determine the phase change point by comparing the detected counter electromotive force value with a predetermined value.
그리고, 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행할 수 있다.The control unit compares the detected counter electromotive force value with a preset value, and performs a phase change when the detected counter electromotive force value is out of a preset value, until the detected counter electromotive force value becomes within a predetermined set value Phase conversion can be performed.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법은, (a) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 회전자 위치를 강제로 정렬시키는 단계; (b) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 상(phase) 전환을 수행하는 단계; (c) 단자전압 검출부가 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출하는 단계; (d) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하는 단계; 및 (e) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a brushless direct current motor start control method using phase voltage detection, comprising: (a) forcibly aligning a rotor position of a BLDC motor through an inverter; (b) performing a phase change of the BLDC motor through the inverter; (c) detecting a counter electromotive force of the phase to which the terminal voltage detection unit is not applied; (d) performing a phase change at a predetermined number of times until the detected counter electromotive force value is within a predetermined value; And (e) controlling the inverter in a sensorless mode when the detected counter electromotive force value is within a predetermined value.
또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.In the step (d), the control unit may determine the phase change point by comparing the detected counter electromotive force value with a preset value.
그리고, 상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행하게 된다.In the step (d), the controller compares the detected counter electromotive force value with a preset value, performs a phase change when the detected counter electromotive force value is out of a predetermined value, And the phase change is performed until it is within the value.
본 발명에 의하면, 회전자 위치 검출장치 없이 역기전력을 이용한 BLDC 모터의 회전자의 위치 검출이 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to detect the position of a rotor of a BLDC motor using counter electromotive force without a rotor position detecting device.
또한, 모터의 상전류 측정에 관한 추가적인 회로 구성이 없이 역기전력만을 이용하여 모터 회전자의 위치 검출이 가능하다.Further, it is possible to detect the position of the motor rotor by using only the back electromotive force without additional circuit configuration for measuring the phase current of the motor.
또한, 모터의 초기 기동 단계에서 작은 전류로 제어함으로써 기동 실패율을 줄일 수 있다.In addition, it is possible to reduce the startup failure rate by controlling with a small current in the initial startup phase of the motor.
그리고, 회전자에 대한 정확하고 빠른 정렬을 통해 기동실패 확률을 줄일 수 있다.And, the probability of start failure can be reduced through accurate and quick alignment of the rotor.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 회전자 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 단자전압 검출부의 세부 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 초기 구동 시에 가변하는 전압과 주파수를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 후단부 유니폴러 PWM 패턴도이고, 도 8은 도 7의 후단부 유니폴러 PWM 패턴을 사용할 때 브러시리스 직류모터의 단자전압 패턴도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법에서 기 설정값을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram showing a main configuration of a motor rotor control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the brushless DC motor start control device according to the embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a detailed configuration example of a terminal voltage detecting unit applied to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling the start-up of a brushless DC motor using phase-voltage detection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating voltages and frequencies that vary during initial operation of a BLDC motor according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a diagram showing current waveforms according to the rotor position and the phase change timing of the stator winding of the present invention.
FIG. 7 is a rear end unipolar PWM pattern diagram applied to the present invention, and FIG. 8 is a terminal voltage pattern diagram of a brushless DC motor when the rear end unipolar PWM pattern of FIG. 7 is used.
9 is a diagram illustrating a process of acquiring a preset value in the brushless DC motor start control method using the phase voltage detection according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.If any part is referred to as being "on" another part, it may be directly on the other part or may be accompanied by another part therebetween. In contrast, when a section is referred to as being "directly above" another section, no other section is involved.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.The terms first, second and third, etc. are used to describe various portions, components, regions, layers and / or sections, but are not limited thereto. These terms are only used to distinguish any moiety, element, region, layer or section from another moiety, moiety, region, layer or section. Thus, a first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as a second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating relative space such as "below "," above ", and the like may be used to more easily describe the relationship to other portions of a portion shown in the figures. These terms are intended to include other meanings or acts of the apparatus in use, as well as intended meanings in the drawings. For example, when inverting a device in the figures, certain portions that are described as being "below" other portions are described as being "above " other portions. Thus, an exemplary term "below" includes both up and down directions. The device can be rotated by 90 degrees or rotated at different angles, and terms indicating relative space are interpreted accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 주요 구성을 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing a main configuration of a brushless DC motor start control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)는, BLDC 모터(110), 인버터(120), 제어부(130), 정류부(140) 및 단자전압 검출부(150)를 포함한다.1, a brushless DC motor start control apparatus 100 according to the present invention includes a BLDC motor 110, an inverter 120, a controller 130, a rectifier 140, and a terminal voltage detector 150 .
BLDC 모터(110)는 회전자(Rotor)를 구비하고, 인버터(120)로부터 전원을 공급받아 회전자를 회전시켜 회전력을 제공한다. The BLDC motor 110 has a rotor and is supplied with power from the inverter 120 to rotate the rotor to provide a rotating force.
여기서, BLDC 모터(110)는 인덕턴스 성분을 발생시키는 코일을 3상으로 하는 권선을 갖는다. 즉, BLDC 모터는 전력을 전달하기 위한 탄소 브러쉬와 같은 절연도체가 없는 구조로서, 모터축에 자석이 있고 모터 케이스 내부 벽면에 코일이 있어, 모터가 회전하기 위한 전력의 공급이 회전하지 않는 모터 내부 벽에 부착된 코일에 공급함에 따라 브러쉬가 필요없는 것이다.Here, the BLDC motor 110 has a winding with three coils for generating an inductance component. In other words, a BLDC motor is a structure in which there is no insulation conductor such as a carbon brush for transmitting electric power, a motor is provided in a motor shaft, a coil is provided on the inner wall surface of the motor case, The brushes are not needed as they are supplied to the wall-mounted coils.
인버터(120)는 정류부(140)에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 BLDC 모터(110)에 공급한다. 즉, 인버터(120)는 직류 전압을 3상 교류 전압으로 변환하여 BLDC 모터(110)에 공급한다. 이때, 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 전력용 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)가 연결된다. 즉, 인버터(120)는 3상의 스위칭 소자를 구비하는데, 예컨대, 상단의 3상 FET와 하단의 3상 FET를 구비할 수 있다.The inverter 120 converts the DC power supplied from the rectifying unit 140 into pulse-type three-phase AC power (U, V, W) having an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor 110. In other words, the inverter 120 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage and supplies it to the BLDC motor 110. At this time, each of the power switching elements Q1 to Q6 is connected to the three-phase (U, V, W) winding of the inverter 120 as shown in FIG. In other words, the inverter 120 includes a three-phase switching device, for example, an upper three-phase FET and a lower three-phase FET.
제어부(130)는 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 단자전압 검출부(150)를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 인버터(120)를 제어한다.The control unit 130 forcibly aligns the position of the rotor and performs phase switching for acceleration when the alignment of the rotor is completed, phase, and the inverter 120 is controlled in a sensorless mode when the detected counter electromotive force value is within a preset value, do.
또한, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값을 기 설정된 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다.Also, the control unit 130 may determine the phase change point by comparing the detected counter electromotive force value with a predetermined value.
그리고, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 예컨대, 6회 정도로 상 전환을 수행할 수 있다.The control unit 130 compares the detected counter electromotive force value with a preset value and performs phase switching when the detected counter electromotive force value is out of the preset value, until the detected counter electromotive force value is within the predetermined value For example, phase switching can be performed about six times.
정류부(140)는 AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급한다. The rectifying unit 140 rectifies and smoothes the AC power supply and supplies the DC power to the rectifier unit 140.
단자전압 검출부(150)는 BLDC 모터(110)에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출한다.The terminal voltage detector 150 detects the terminal voltages of the phases U, V and W from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor 110.
한편, 제어부(130)는 모터(110)의 초기 구동 시에, 회전자가 정렬 방향으로 회전하도록 하는 정렬 벡터와, 회전자의 회전 속도를 줄여주는 제로(0) 벡터가 BLDC 모터(110)에 인가되도록 인버터(120)를 제어할 수 있다.When the motor 110 is initially driven, the control unit 130 controls the BLDC motor 110 such that an alignment vector for rotating the rotor in the aligning direction and a zero vector for reducing the rotation speed of the rotor are applied to the BLDC motor 110 So that the inverter 120 can be controlled.
또한, 제어부(130)는, 모터(110)가 정지 상태인 경우, 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 모터를 강제로 구동시키는 강제구동 과정, 및 강제로 구동된 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용해 회전자의 위치 정보를 획득하여 센서리스로 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 BLDC 모터(110)의 동작을 제어할 수 있다.When the motor 110 is in a stopped state, the control unit 130 may perform an alignment process for moving the rotor to a predetermined specific position, a forced magnetic drive for forcibly driving the motor by generating a rotating magnetic field in the motor, And a sensorless control process of acquiring the position information of the rotor by using the counter-electromotive force and controlling the motor by sensorless operation when the counter-electromotive force is generated in the forced-driven motor, the operation of the BLDC motor 110 can be controlled.
또한, 제어부(130)는, 인버터(120)의 상단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시키거나, 인버터(120)의 하단에 있는 3상 스위치를 모두 온(ON)시켜 제로(0) 벡터가 BLDC 모터(110)에 인가되도록 제어할 수 있다.Also, the control unit 130 sets all the three-phase switches at the top of the inverter 120 to ON, or turns the three-phase switches at the bottom of the inverter 120 ON, So that the vector is applied to the BLDC motor 110.
그리고, 제어부(130)는, 인버터(120)를 통해, BLDC 모터(110)에 정렬 벡터를 인가하여 회전자가 정렬 방향으로 회전할 때, 제로 벡터를 BLDC 모터(110)에 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이다가, 다시 정렬 벡터를 BLDC 모터(110)에 인가하여 회전자의 회전력이 발생되도록 하며, 다시 BLDC 모터(110)에 제로 벡터를 인가하여 회전자의 회전 속도를 줄이도록 제어함으로써, 회전자가 정렬 위치에 멈추도록 된다.The controller 130 applies an alignment vector to the BLDC motor 110 through the inverter 120 to apply a zero vector to the BLDC motor 110 when the rotor rotates in the alignment direction, The rotation vector is applied to the BLDC motor 110 so as to reduce the rotation speed of the rotor, so that the rotational speed of the rotor It is stopped at the self-alignment position.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an example of the circuit configuration of the brushless DC motor start control device according to the embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)에서, 인버터(120)는 3상(U, V, W)의 권선에 각각의 전력용 스위칭 소자 FET(Q1 ~ Q6)가 연결된다. 즉, 인버터(120)는 6 개의 스위칭 소자(Q1~Q6)와 다이오드로 구성된 통상의 스위칭 회로를 이용할 수 있다.Referring to FIG. 2, in the brushless direct current motor start control apparatus 100 according to the present invention, the inverter 120 is connected to three-phase (U, V, W) windings of power switching FETs Q1 to Q6 ). That is, the inverter 120 can use a conventional switching circuit composed of six switching elements Q1 to Q6 and a diode.
단자전압 검출부(150)는 BLDC 모터(110)에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하여 제어부(130)에 입력한다.The terminal voltage detector 150 detects the terminal voltages of the phases U, V and W from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor 110 and inputs them to the controller 130.
제어부(130)는 단자전압 검출부(150)에서 검출된 각 상(U, V, W)의 단자전압에 따라 역기전력의 제로 크로싱포인트(ZCP)를 검출하여 회전자의 위치정보를 획득할 수 있다. The controller 130 may detect the zero crossing point ZCP of the counter electromotive force according to the terminal voltages of the phases U, V and W detected by the terminal voltage detector 150 to obtain the position information of the rotor.
또한, 제어부(130)는 전압인가 시점을 제어하여 BLDC 모터(110)에 과전류가 공급되지 않도록 인버터(30)에 공급되는 PWM 신호의 패턴을 제어하는 마이크로프로세서로 구현할 수 있다.The controller 130 may be implemented as a microprocessor that controls the pattern of the PWM signal supplied to the inverter 30 so that the overcurrent is not supplied to the BLDC motor 110 by controlling the voltage application time.
PWM 신호 발생부(132)는 제어부(130)의 출력에 의해 PWM 신호의 패턴을 발생하여 인버터(120)에 공급한다.The PWM signal generator 132 generates a pattern of the PWM signal by the output of the controller 130 and supplies it to the inverter 120.
이때, 인버터(120)와 BLDC 모터(110)의 3상 권선 간의 연결 라인 상에 역률보상 캐패시터(도시되지 않음)가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 역률보상 캐패시터(C)는, 인버터(120)의 출력단에 있는 3상 중 U상과 V상 간에, V상과 W상 간에, W상과 U상 간에 3 개가 각각 병렬로 연결될 수 있다. 그리고, 역률보상 캐패시터(C)의 용량 크기는 BLDC 모터(110)의 인덕턴스 성분의 크기와 동일하게 유지되도록 설정할 수 있다.At this time, a power factor compensating capacitor (not shown) may be connected in parallel on the connection line between the inverter 120 and the three-phase windings of the BLDC motor 110. That is, the power factor compensating capacitor C can be connected in parallel between the V phase and the W phase, between the W phase and the U phase, respectively, between the U phase and the V phase of the three phases at the output terminal of the inverter 120. The capacitance of the power factor compensating capacitor C may be set to be the same as the magnitude of the inductance component of the BLDC motor 110.
제어부(130)는 인버터(120)에 각각의 전력용 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)의 스위칭 구동 신호를 인가한다. 즉, 제어부(130)는 사용자의 조작에 따라 인버터(120)의 각 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)의 스위칭 동작을 제어하여 BLDC 모터(110)의 기동, 운전 및 속도를 제어하게 되며, 각 스위칭 소자(Q1 ~ Q6)를 스위칭하기 위한 스위칭 구동 신호를 생성해 인버터(120)에 인가한다.The control unit 130 applies the switching driving signals of the power switching elements Q1 to Q6 to the inverter 120. [ That is, the control unit 130 controls the switching operation of each switching element Q1 to Q6 of the inverter 120 according to a user's operation to control the start, operation and speed of the BLDC motor 110, (Q1 to Q6) and applies the switching drive signal to the inverter (120).
도 3은 본 발명에 적용되는 단자전압 검출부의 세부 구성 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing a detailed configuration example of a terminal voltage detecting unit applied to the present invention.
도 3에서, BLDC 모터(110) 각 상(U, V, W)의 단자 전압은 저항(R1,R2)에 의해 분압되어 제어부(130)의 A/D 입력포트(134)로 입력된다. 이때 각각의 저항분배회로(R1,R2)에 의해 분압된 전압 값이 각 상 단자 전압의 A/D 입력전압 범위 내에 한정될 수 있게 A/D 입력포트(134)에 별도로 제너다이오드를 추가하기도 한다.3, the terminal voltages of the phases U, V and W of the BLDC motor 110 are divided by the resistors R1 and R2 and input to the A / D input port 134 of the controller 130. At this time, a Zener diode may be separately added to the A / D input port 134 so that the voltage value divided by each of the resistance distribution circuits (R1, R2) can be confined within the A / D input voltage range of each phase terminal voltage .
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(130)의 디지털입력포트(136)로 입력한다.In the sensorless operation period, in order to detect the zero crossing point (ZCP) of the counter electromotive force from the terminal voltage of each phase, half of the terminal voltage of each phase (U, V, W) To the digital input port 136 of the control unit 130. The control unit 130 receives the comparison result through the comparator 52,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling the start-up of a brushless DC motor using phase-voltage detection according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치(100)는, 제어부(130)가 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)의 회전자 위치를 강제로 정렬시킨다(S410).4, the controller 130 of the brushless DC motor start control system according to the present invention forcibly aligns the rotor position of the BLDC motor 110 through the inverter 120 (S410) .
즉, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)에 정렬 벡터를 인가하여 회전자를 정렬시킬 수 있다. 여기서, 정렬 벡터는 회전자를 정렬시키기 위해 회전자가 특정 방향으로 회전하도록 BLDC 모터(110)에 인가하는 정렬 전류를 의미한다. That is, the control unit 130 may apply the alignment vector to the BLDC motor 110 through the inverter 120 to align the rotor. Here, the alignment vector means an alignment current applied to the BLDC motor 110 so that the rotor rotates in a specific direction to align the rotor.
이어, 제어부(130)는 인버터(120)를 통해 BLDC 모터(110)의 상(phase) 전환을 수행한다(S420).Next, the controller 130 performs phase switching of the BLDC motor 110 through the inverter 120 (S420).
즉, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 임의의 2상에 전류를 공급하여 회전자 위치를 강제로 정렬시키고, 회전자의 정렬이 완료되면 도 5에 도시된 바와 같이 BLDC 모터(110)에 인가되는 전압의 크기와 주파수를 가변하여 BLDC 모터(110)의 회전자를 일정 속도까지 가속하는 동기 가속을 실행하면서 상 전환을 수행한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 BLDC 모터의 초기 구동 시에 가변하는 전압과 주파수를 나타낸 도면이다. 예를 들어, 회전자의 강제 정렬 시 U-V상 권선에 전류를 공급하였다면 U-W상으로 상 전환을 하여 U-W상 권선에 전류를 공급한다. 이때, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 고정자 권선으로부터 역기전력 검출이 가능한 속도까지 회전자의 회전속도가 도달하면, 도 5에 도시된 바와 같이 BLDC 모터(110)에 인가되는 전압의 크기를 조절하여 회전자 자계와 고정자 자계의 위상을 전환하는 것이다.That is, the controller 130 supplies current to any two phases of the BLDC motor 110 to forcibly align the rotor position, and when the alignment of the rotor is completed, the BLDC motor 110, And performs phase switching while performing synchronous acceleration for accelerating the rotor of the BLDC motor 110 to a predetermined speed. FIG. 5 is a diagram illustrating voltages and frequencies that vary during initial operation of a BLDC motor according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. For example, if a current is supplied to the U-V phase winding when the rotor is forcedly aligned, the phase is switched to the U-W phase to supply current to the U-phase phase winding. When the rotational speed of the rotor reaches a speed at which the counter electromotive force can be detected from the stator winding of the BLDC motor 110, the controller 130 controls the magnitude of the voltage applied to the BLDC motor 110 as shown in FIG. 5 So that the phases of the rotor magnetic field and the stator magnetic field are switched.
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 6의 (a)와 같이 고정자 권선의 상 전환 타이밍이 늦은 경우가 지배적으로 발생한다. 도 6은 본 발명의 회전자 위치 및 고정자 권선의 상 전환 타이밍에 따른 전류 파형도를 나타낸 도면이다. 도 6의 (a)는 회전자 위치에 대한 고정자 권선으로의 전압 인가 시점이 늦은 경우로서, 역기전력과 상 전류의 위상이 서로 일치하지 않을 뿐만 아니라 상 전류의 후반부에서 상 전류의 크기가 과도하게 커지는 것을 알 수 있다.In the sensorless operation mode, a voltage greater than a voltage suitable for the load applied to the BLDC motor 40 is applied to the BLDC motor 40 in order to reduce the startup failure rate when the BLDC motor 40 is initially started. Therefore, in the section synchronously accelerating the BLDC motor 40, the phase transition timing of the stator winding is delayed as shown in Fig. 6 (a). 6 is a diagram showing current waveforms according to the rotor position and the phase change timing of the stator winding of the present invention. 6 (a) shows a case where the voltage application time to the stator winding is delayed with respect to the rotor position, in which the phases of the counter electromotive force and the phase current do not coincide with each other and the magnitude of the phase current in the latter half of the phase current becomes excessively large .
도 6의 (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.6 (b) shows a case where the voltage application time to the stator winding is fast with respect to the rotor position, in which the phases of the counter electromotive force and the phase current do not coincide with each other and the magnitude of the phase current in the first half of the phase current becomes excessively large .
이어, 단자전압 검출부(150)는 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출한다(S430).Next, the terminal voltage detector 150 detects a counter electromotive force on the voltage-unapplied phase (S430).
이때, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상 전환 시점을 결정할 수 있다. 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.At this time, the control unit 130 can determine the phase change point by comparing the detected counter electromotive force value with a preset value. FIG. 7 is a rear end unipolar PWM pattern diagram applied to the present invention, and FIG. 8 is a terminal voltage pattern diagram of a brushless DC motor when the rear end unipolar PWM pattern of FIG. 7 is used. 8, when the PWM is OFF in a period in which the counter electromotive force e of the phase in which no voltage is applied (hereinafter referred to as the OFF phase) is increased when the rear end unipolar PWM pattern is used, V_off is as follows.
Figure pat00001
Figure pat00001
반면에, OFF상의 역기전력(e)이 하강하는 구간에서 V_off PWM의 ON/OFF 상태에 따라 다음과 같다.On the other hand, according to the ON / OFF state of the V_off PWM in the period in which the counter electromotive force (e) of the OFF state falls,
Figure pat00002
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00003
여기서, V는 인버터(30) 직류단 전압 크기이다.Where V is the magnitude of the DC voltage across the inverter 30.
역기전력(e)이 상승하는 구간에서 V_off는 역기전력(e)이 하강하는 구간에서의 V_off에 비해 작은 값을 가진다.In the period in which the counter electromotive force (e) rises, V_off has a smaller value than V_off in the period in which the counter electromotive force (e) falls.
수학식 1에 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.As shown in Equation (1), it can be seen that the zero voltage is proportional to 1.5 times the OFF-phase counter electromotive force (e). On the other hand, in the period when the counter electromotive force (e) falls, counter electromotive force information appears on the OFF phase terminal voltage based on V / 2 or V.
따라서, 역기전력(e)이 상승하는 구간에서는 도 3의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off값을 제어부(130)의 A/D입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하여도 A/D 입력포트(134)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호를 큰 감쇄없이 포함하고 있다.Therefore, in the period in which the counter electromotive force e rises, the values of the resistance distribution circuits R1 and R2 are adjusted so that the V_off value falls within the A / D input range of the controller 130 in the resistance distribution circuits R1 and R2 of FIG. The signal transmitted to the A / D input port 134 includes the back electromotive force signal included in the V_off without significant attenuation.
반면, 역기전력(e)이 하강하는 구간에서는 도 3의 저항분배회로(R1,R2)에서 V_off 값을 제어부(130)의 A/D 입력 범위 내에 들도록 저항분배회로(R1,R2)의 값을 조정하는 경우 A/D 입력포트(134)에 전달되는 신호는 V_off에 포함되어 있는 역기전력 신호가 크게 감쇄된 값을 가지게 된다.On the other hand, in the period in which the counter electromotive force e falls, the values of the resistance distribution circuits R1 and R2 are adjusted so that the V_off value falls within the A / D input range of the controller 130 in the resistance distribution circuits R1 and R2 of FIG. The signal transmitted to the A / D input port 134 has a value in which the back electromotive force signal included in V_off is largely attenuated.
BLDC 모터(110)가 저속으로 회전할 때는 역기전력 값이 작은 값을 가진다.When the BLDC motor 110 rotates at low speed, the counter electromotive force value has a small value.
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.Therefore, when the rear end unipolar PWM pattern is used, relatively accurate counter electromotive force information can be detected from the OFF terminal voltage in a period in which the counter electromotive force (e) on the OFF state rises. In a system with a large load fluctuation at a low speed such as a compressor, a relatively accurate phase change point can be obtained by integrating the counter electromotive force detected from the terminal voltage at OFF.
상 전환의 수행 시, 제어부(130)는 OFF상의 역기전력이 상승하는 구간(도 8참조)인지를 판단하여, 역기전력이 상승하는 구간이면 도 8에 도시한 바와 같이, 역기전력을 적분하여 정확한 상 전환시점을 결정할 수 있다.8, the control unit 130 determines whether the counter electromotive force of the OFF state is rising (refer to FIG. 8). When the counter electromotive force rises, the control unit 130 integrates the counter electromotive force, Can be determined.
이어, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행한다(S440).Next, the control unit 130 performs phase switching at a predetermined number of times until the detected counter electromotive force value is within a preset value (S440).
즉, 제어부(130)는, 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 예를 들면, 6회 정도로 상 전환을 수행하게 된다. 여기서, Closeloop로 속도제어를 하기 위해서는 제로 크로싱 포인트(Zero Crossing Point)를 찾을 수 있을 정도의 속도가 필요하므로, U상, V상, W상의 3회 만으로는 충분한 속도를 확보하기 어렵기 때문에 6회 정도로 상 전환을 수행하는 것이다.That is, the control unit 130 compares the detected counter electromotive force value with a preset value, and performs a phase change when the detected counter electromotive force value is out of a preset value, until the detected counter electromotive force value is within a predetermined set value For example, the phase change is performed about 6 times. In order to control the speed with Closeloop, it is necessary to find a zero crossing point. Therefore, it is difficult to obtain sufficient speed by only 3 times of U phase, V phase and W phase. Phase conversion.
그리고, 제어부(130)는 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 인버터(120)를 제어한다(S450).The control unit 130 controls the inverter 120 in the sensorless mode when the detected back EMF value is within a predetermined value (S450).
즉, 제어부(130)는 BLDC 모터(110)의 상 전환시점이 결정되면, 현재 회전자에 인가되는 전압의 주파수를 근거로 각 상의 단자전압으로부터 역기전력 검출이 안정화된 구간인지를 검출하여 센서리스 운전모드로의 전환단계인지를 판단하고, 센서리스 전환단계가 아니면 상 전환 단계로 피드백 하여 상 전환을 수행한다.That is, when the phase change point of the BLDC motor 110 is determined, the control unit 130 detects whether the counter electromotive force detection is stabilized from the terminal voltage of each phase based on the frequency of the voltage applied to the current rotor, Mode, and if it is not the sensorless switching step, it is fed back to the phase switching step to perform phase switching.
여기서, 기 설정값은 도 9에 도시된 바와 같은 과정을 통해 획득한 각 상(U, V, W)의 최대 전압값과 최소 전압값이라 할 수 있다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법에서 기 설정값을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, U상, V상, W상에 대한 각 스텝(step)의 최고값과 최저값을 측정하여 그것을 기준이 되는 기 설정값으로 결정하는 것이다.Here, the preset value may be the maximum voltage value and the minimum voltage value of each phase (U, V, W) obtained through the process as shown in FIG. 9 is a diagram illustrating a process of acquiring a preset value in the brushless DC motor start control method using the phase voltage detection according to the embodiment of the present invention. As shown in Fig. 9, the maximum value and the minimum value of each step with respect to the U-phase, the V-phase and the W-phase are measured and determined as a reference value as a reference.
제어부(130)는 센서리스 전환단계이면, 상 전환을 수행하고, 각 상의 단자전압으로부터 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 정보를 근거로 상 전환 및 BLDC 모터(110)의 회전속도를 제어하는 센서리스 운전모드를 수행하는 것이다.The controller 130 performs phase switching and detects a zero crossing point ZCP of the counter electromotive force from the terminal voltages of each phase and outputs the phase switching and phase control based on the zero crossing point ZCP information to the BLDC motor 110 In the sensorless operation mode.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, BLDC 모터의 초기 구동 시에 회전자(rotator)의 위치를 강제로 정렬시킨 후 상(phase) 전환을 수행하고, 전압이 인가되지 않는 상의 역기전력을 검출하여 설정값 이내로 안정화 되는 경우에 센서리스 모드로 동작할 수 있도록 하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어방법 및 장치를 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, when the position of the rotor is forcibly aligned at the time of initial operation of the BLDC motor, the phase is switched, and the counter electromotive force of the phase where no voltage is applied is detected, The brushless DC motor start control method and apparatus using the phase voltage detection can be realized.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims and their equivalents. Only. It is intended that the present invention covers the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. .
100 : 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치
110 : BLDC 모터
120 : 인버터
130 : 제어부
140 : 정류부
150 : 단자전압 검출부
100: Brushless DC motor start control device
110: BLDC motor
120: Inverter
130:
140: rectification part
150: terminal voltage detecting section

Claims (6)

  1. AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부;
    회전자(Rotor)를 구비하는 BLDC 모터;
    상기 정류부에서 공급되는 DC 전원을 임의의 가변 주파수를 가진 펄스 형태의 3상 교류 전원(U, V, W)으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 공급하는 인버터;
    상기 BLDC 모터에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하는 단자전압 검출부; 및
    상기 회전자의 위치를 강제로 정렬시키고, 상기 회전자의 정렬이 완료되면, 가속을 위한 상(Phase) 전환을 수행하되, 상기 단자전압 검출부를 통해 전압이 인가되지 않은 상(phase)의 역기전력을 검출하여, 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하며, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치.
    A rectifying unit for rectifying and smoothing the AC power supply and supplying the same to a DC power supply;
    A BLDC motor having a rotor;
    An inverter for converting the DC power supplied from the rectifying part into pulse-type three-phase AC power (U, V, W) having an arbitrary variable frequency and supplying the DC power to the BLDC motor;
    A terminal voltage detector for detecting a terminal voltage of each phase (U, V, W) from a three-phase AC power source supplied to the BLDC motor; And
    The phase of the rotor is aligned forcibly, and when the alignment of the rotor is completed, a phase change for acceleration is performed, and a counter electromotive force of a phase to which no voltage is applied through the terminal voltage detector A control unit for controlling the inverter in a sensorless mode when the detected counter electromotive force value is within a preset value;
    Wherein the brushless direct current motor starting control device includes:
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정된 값과 비교하여 상 전환 시점을 결정하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the control unit compares the detected counter electromotive force value with a preset value to determine a phase change point.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 장치.
    The method according to claim 1,
    Wherein the control unit compares the detected counter electromotive force value with a preset value and performs a phase change when the detected counter electromotive force value is out of a preset value, Wherein the brushless direct current motor start control device uses the phase voltage detection.
  4. (a) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 회전자 위치를 강제로 정렬시키는 단계;
    (b) 제어부가 인버터를 통해 BLDC 모터의 상(phase) 전환을 수행하는 단계;
    (c) 단자전압 검출부가 전압이 인가되지 않은 상의 역기전력을 검출하는 단계;
    (d) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내로 될 때까지 일정 횟수로 상 전환을 수행하는 단계; 및
    (e) 제어부가 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정된 값 이내가 되면 센서리스 모드로 상기 인버터를 제어하는 단계;
    를 포함하는 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법.
    (a) forcibly aligning the rotor position of the BLDC motor via the inverter;
    (b) performing a phase change of the BLDC motor through the inverter;
    (c) detecting a counter electromotive force of the phase to which the terminal voltage detection unit is not applied;
    (d) performing a phase change at a predetermined number of times until the detected counter electromotive force value is within a predetermined value; And
    (e) controlling the inverter in a sensorless mode when the detected counter electromotive force value is within a preset value;
    Wherein the brushless DC motor start control method comprises:
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상 전환 시점을 결정하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법.
    5. The method of claim 4,
    Wherein the control unit determines the phase change point by comparing the detected counter electromotive force value with a preset value in the step (d).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 제어부는, 상기 검출된 역기전력 값을 기 설정값과 비교하여 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값을 벗어나면 상 전환을 수행하되, 상기 검출된 역기전력 값이 기 설정값 이내가 될 때까지 상 전환을 수행하는, 상전압 검출을 이용한 브러시리스 직류모터 기동 제어 방법.
    5. The method of claim 4,
    In the step (d), the controller compares the detected counter electromotive force value with a preset value and performs a phase change when the detected counter electromotive force value deviates from a predetermined value, and when the detected counter electromotive force value is within a predetermined set value And the phase of the brushless DC motor is controlled so that the brushless DC motor starts to be turned on.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210016155A (en) * 2019-08-01 2021-02-15 세원셀론텍(주) Method for moving employing Axial Flux Permanent Magnet brushless DC motor for controlling to location sensorless

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