KR20220120011A - 리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

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함도현
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원장호
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점(Peak Time)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 여자신호 생성용 구형파 신호의 에지시점(edge Time)에 기초하여 기준범위 내에서 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출함으로써, 상기 리졸버 출력신호에 왜곡이 발생한 경우에도 정확도 높게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 신속하게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있는 리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 모터의 회전각에 상응하는 신호를 출력하는 리졸버; 구형파 신호를 이용하여 여자신호를 생성하는 여자신호 생성부; 및 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 상기 구형파 신호의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING PHASE DELAY OF RESOLVER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 기술에 관한 것이다.
전기차량은 고전압배터리를 이용하여 전기모터를 구동시켜 주행하는 차량으로서, HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle), PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 등을 포함한다. 이러한 전기차량에 구비되는 전기모터는 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)으로 구현되는데, 이때 PMSM을 구동시키기 위해서는 리졸버(resolver)가 필수적으로 구비되어야 한다.
참고로, 리졸버는 모터 회전자의 위치를 측정하기 위한 센서로서, 엔코더(encoder)에 비해 기계적 강도가 높고 내구성이 우수하여 전기차량, 로봇 등 고성능 및 고정밀 구동이 요구되는 분야에서 주로 사용되고 있다. 이러한 리졸버는 고정자와 회전자를 구비하며, 고정자에는 1상의 여자권선(exciting winding)과 2상의 검출권선이 감겨 있으며, 회전자는 회전각에 따라 철심 형상이 변화하여 쇄교자속(Magnetic Flux Interlinkage)이 변동한다. RDC(Resolver Digital Converter)는 고정자의 여자권선에 통상 수 kHz ~ 수십 kHz의 사인파 형태의 고주파 레퍼런스 신호(여자신호)를 인가하고, 이로 인해 회전자가 회전하면서 역기전력이 발생하고, 상기 역기전력에 의해 1차와 2차측 쇄교자속이 주기적으로 변화하면서 사인파 신호와 코사인파 신호가 출력된다. 이렇게 출력된 신호는 쇄교자속에 의해 발생한 신호와 여자신호가 곱해진 형태로 출력된다.
RDC는 리졸버로부터 출력되는 사인파 신호와 코사인파 신호를 이용하여 회전자의 위치각(position angle)을 검출할 수 있다. 이때, 모터의 제어 정확도 및 효율성 향상을 위해서는 회전자의 위치각을 오차 없이 정확히 검출해야 한다. 이상적으로, 여자신호와 리졸버의 출력신호 사이에는 위상지연이 없어야 하나, RDC가 하드웨어 필터(low pass filter, band pass filter)를 기반으로 구형파(square wave) 신호를 필터링하여 여자신호를 생성하는 과정에서 발생하는 시간지연으로 인해, 여자신호와 리졸버의 출력신호 사이에 위상지연이 발생하게 된다.
이러한 리졸버의 위상지연을 검출하는 종래의 기술은 리졸버 출력신호의 피크를 검출함에 있어서, 다중 임계치를 이용하기 때문에 연산량이 증가하고, 이로 인해 리졸버 출력신호의 피크를 검출하는데 소요되는 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점(Peak Time)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 여자신호 생성용 구형파 신호의 에지시점(edge Time)에 기초하여 기준범위 내에서 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출함으로써, 상기 리졸버 출력신호에 왜곡이 발생한 경우에도 정확도 높게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 신속하게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있는 리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 장치는, 모터의 회전각에 상응하는 신호를 출력하는 리졸버; 구형파 신호를 이용하여 여자신호를 생성하는 여자신호 생성부; 및 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 상기 구형파 신호의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 여자신호 생성부는 상기 구형파 신호를 필터링하여 여자신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 여자신호 생성부는 BPF(Band Pass Filter)와 LPF(Low Pass Filter)의 조합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 구형파 신호의 에지시점과 상기 리졸버 출력신호의 피크시점 간 차이가 기준범위를 벗어나면 오류로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 에지시점 검출기; 상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 LPF(Low Pass Filter); 상기 LPF에 의해 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 미분기; 상기 미분기로부터 출력되는 미분신호를 필터링하는 BPF(Band Pass Filter); 상기 BPF를 통과한 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 기준시점 검출기; 상기 기준시점 검출기에 의해 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 피크시점 검출기; 상기 피크시점 검출기에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 에지시점 검출기에 의해 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 차감기; 및 상기 차감기에 의해 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 지연시간 산출기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에는, 상기 차감기에 의해 차감된 결과의 범위를 제한하는 리미터를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 지연시간 산출기는 상기 리미터에 의해 범위가 제한된 차감 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 LPF는 상기 리졸버 출력신호의 주파수 대비 기준치 이상의 차단 주파수가 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 리졸버의 위상지연 검출 장치는 모터의 구동전력 제어 시스템에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 방법은, 여자신호 생성부가 구형파 신호를 이용하여 여자신호를 생성하는 단계; 및 제어부가 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 상기 구형파 신호의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 구형파 신호를 필터링하여 여자신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 구형파 신호를 BPF(Band Pass Filter)와 LPF(Low Pass Filter)를 순차적으로 통과시켜 여자신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 구형파 신호의 에지시점과 상기 리졸버 출력신호의 피크시점 간 차이가 기준범위를 벗어나면 오류로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 단계; 상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 단계; 상기 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 단계; 상기 미분신호를 밴드 패스 필터링하는 단계; 상기 밴드 패스 필터링된 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 단계; 상기 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 단계; 상기 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 상기 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 단계기; 및 상기 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 상기 차감기에 의해 차감된 결과의 범위를 제한하는 단계; 및 상기 범위가 제한된 차감 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, LPF(Low Pass Filter)를 이용하되, 상기 LPF에 상기 리졸버 출력신호의 주파수 대비 기준치 이상의 차단 주파수가 설정되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 장치는, 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 에지시점 검출기; 상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 LPF(Low Pass Filter); 상기 LPF에 의해 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 미분기; 상기 미분기로부터 출력되는 미분신호를 필터링하는 BPF(Band Pass Filter); 상기 BPF를 통과한 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 기준시점 검출기; 상기 기준시점 검출기에 의해 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 피크시점 검출기; 상기 피크시점 검출기에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 에지시점 검출기에 의해 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 차감기; 및 상기 차감기에 의해 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 지연시간 산출기를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치 및 그 방법은, 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점(Peak Time)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 여자신호 생성용 구형파 신호의 에지시점(edge Time)에 기초하여 기준범위 내에서 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출함으로써, 상기 리졸버 출력신호에 왜곡이 발생한 경우에도 정확도 높게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 신속하게 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부가 검출한 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 나타내는 일예시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부가 리졸버 출력신호의 피크시점을 검출하는 과정을 나타내는 일예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부의 상세 구성도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 일 성능 분석도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 다른 성능 분석도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 다른 성능 분석도,
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 방법에 대한 흐름도,
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)는, 저장부(10), 여자신호 생성부(Excitation signal generator, 20), 및 제어부(Controller, 30)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)는 RDC(Resolver Digital Converter)의 내부에 구현되거나, 상기 RDC와는 별도의 구성으로 구현될 수 있다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(10)는 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점(Peak Time)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 여자신호 생성용 구형파 신호의 에지시점(edge Time)에 기초하여 기준범위(tPT -Δt < tPT < tPT +Δt, tPT는 리졸버 출력신호의 피크시점, Δt는 일례로 2㎲) 내에서 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다. 이때, 리졸버 출력신호는 사인파 신호 또는 코사인파 신호일 수 있다.
저장부(10)는 리졸버 출력신호의 주파수 정보 및 출력전압, 구형파 신호의 주파수 및 출력전압을 저장할 수 있다. 이때, 리졸버 출력신호는 사인파 신호와 코사인파 신호를 포함할 수 있다.
저장부(10)는 로우 패스 필터링 알고리즘, 밴드 패스 필터링 알고리즘, 미분 알고리즘 등을 저장할 수 있다.
저장부(10)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.
여자신호 생성부(20)는 제어부(30)으로부터 여자신호(excitation signal) 생성에 이용되는 구형파(square wave) 신호를 수신하고, 상기 구형파 신호를 필터링하여 여자신호를 생성할 수 있다. 이때, 여자신호는 일정 주파수를 갖는 정현파(sine wave) 신호일 수 있다.
이러한 여자신호 생성부(20)는 일례로 BPF(Band Pass Filter)와 LPF(Low Pass Filter)의 조합으로 구현될 수 있다. 이때, 구형파 신호가 BPF를 통과한 후 LPF를 통과하면 정현파 형태의 여자신호로 변환된다. 여자신호 생성부(20)는 구형파-정현파 변환기를 포함할 수도 있다.
참고로, 리졸버(200)는 전자유도현상을 이용해 모터의 기계적인 각도 변위(회전자의 회전각)를 전기신호로 변환하는 아날로그 각도 검출 센서이다. 이러한 리졸버(200)는 여자신호 생성부(20)로부터 여자신호를 수신하고, 고정자 코일에 의해 상기 여자신호를 변조함으로써, 사인파 신호 및 코사인파 신호를 생성할 수 있다.
제어부(30)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행할 수 있다. 이러한 제어부(30)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(30)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 제어부(30)는 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점(Peak Time)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 여자신호 생성용 구형파 신호의 에지시점(edge Time)에 기초하여 기준범위 내에서 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 3을 참조하여 제어부(30)의 동작에 대해 상세히 살펴보기로 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부가 검출한 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 나타내는 일예시도이다.
도 2에서, 가로축은 시간을 나타내고, '210'은 여자신호 생성에 이용되는 구형파 신호를 나타내며, '220'은 리졸버 출력신호를 나타내고, '230'은 위상지연을 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리졸버 출력신호(211)에 위상지연이 발생하지 않은 경우, 구형파 신호(210)의 에지시점(240)과 리졸버 출력신호(211)의 시작시점(240)이 동일하고, 구형파 신호(210)의 위상과 리졸버 출력신호(211)의 위상이 동일함을 알 수 있다. 하지만, 리졸버 출력신호(211)에 위상지연(230)이 발생한 경우, 구형파 신호(210)의 에지시점(240)과 리졸버 출력신호(211)의 시작시점(240)이 다르고, 구형파 신호(210)의 위상과 리졸버 출력신호(211)의 위상이 다름을 알 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부가 리졸버 출력신호의 피크시점을 검출하는 과정을 나타내는 일예시도이다.
도 3에서, '310'은 제어부(30)가 여자신호 생성부(20)로 전송하는 구형파 신호를 나타내고, '320'은 리졸버 출력신호로서 일례로 사인파 신호를 나타내며, '330'은 제어부(30)가 사인파 신호를 미분한 미분신호를 나타내고, '340'은 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점, 즉 상기 리졸버 출력신호의 피크시점을 나타낸다. 여기서, 상기 기준전압은 일반적으로 0V로 설정될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 미분신호(330)에 오프셋 전압(일례로, 2.5V)이 인가된 경우에 상기 기준전압은 오프셋 전압일 수 있다. 이때, 미분신호(330)는 사인파 신호(320)의 기울기 성분을 반영하기 때문에 제어부(30)는 사인파 신호(320)의 피크를 정확도 높게 검출할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어부(30)는 사인파 신호(320)를 미분하여 사인파 신호(320)로부터 미분신호(330)를 도출할 수 있고, 상기 미분신호(330)가 타임축과 만나는 시점(340)을 검출할 수 있다. 이때, 미분신호(330)에 오프셋 전압(일례로, 2.5V)이 인가되었기 때문에 타임축은 2.5V가 된다.
제어부(30)는 상기 미분신호(330)가 기준전압을 만족하는 시점을 사인파 신호(320)의 피크시점으로 결정할 수 있고, 상기 사인파 신호(320)의 피크시점과 구형파 신호(310)의 에지시점(상승 에지 또는 하강 에지)에 기초하여 사인파 신호(320)의 위상 지연시간을 산출할 수 있다. 이때, 제어부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 구형파 신호 대비 리졸버 출력신호의 위상 지연이 없는 상태를 알고 있는 바, 사인파 신호(320)의 위상 지연시간을 산출할 수 있다. 여기서, 제어부(30)는 구형파 신호(310)의 에지시점과 사인파 신호(320)의 피크시점 간 차이가 기준범위를 벗어나면 오류로 판단할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 제어부(30)의 상세 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부의 상세 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치에 구비된 제어부(30)는, 에지시점 검출기(31), LPF(Low Pass Filter, 32), 미분기(Differentiator, 33), BPF(Band Pass Filter, 34), 기준시점 검출기(35), 피크시점 검출기(36), 차감기(37), 리미터(Limiter, 38), 및 지연시간 산출기(39)를 구비할 수 있다.
에지시점 검출기(31)는 여자신호 생성부(20)가 여자신호를 생성하는데 이용되는 구형파 신호(310)의 에지시점(상승 에지 및 하강 에지)을 검출할 수 있다. 이때, 에지시점 검출기(31)는 구형파 신호(310)의 주파수와 진폭을 알고 있다.
LPF(32)는 리졸버 출력신호(320)의 노이즈를 제거하는 필터로서, 필터링 과정에서의 지연시간을 최소화하기 위해 리졸버 출력신호(320)의 주파수 대비 약 100배의 차단 주파수가 설정되는 것이 바람직하다.
미분기(33)는 LPF(32)에 의해 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호(320)를 미분하여 리졸버 출력신호(320)로부터 미분신호(330)를 도출할 수 있다.
BPF(34)는 미분기(33)로부터 출력되는 미분신호(330)를 필터링하여 일례로 10kHz 대역의 미분신호를 추출할 수 있다. 이때, 필터링 과정에서의 지연시간을 최소화하기 위해 BPF(34)에도 리졸버 출력신호(320)의 주파수 대비 약 100배의 차단 주파수가 설정되는 것이 바람직하다.
기준시점 검출기(35)는 BPF(34)를 통과한 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출할 수 있다.
피크시점 검출기(36)는 기준시점 검출기(35)에 의해 검출된 시점을 리졸버 출력신호(320)의 피크시점으로 검출할 수 있다.
차감기(37)는 피크시점 검출기(36)에 의해 검출된 리졸버 출력신호(320)의 피크시점에서 에지시점 검출기(31)에 의해 검출된 구형파 신호(310)의 에지시점(일례로, 상승 에지)을 차감할 수 있다.
리미터(38)는 차감기(37)에 의해 차감된 결과가 기준범위를 벗어나면 상기 차감된 결과를 제거할 수 있다.
지연시간 산출기(39)는 리미터(38)를 통과한 차감 결과에 기초하여 리졸버 출력신호(320)의 위상 지연시간을 산출할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 일 성능 분석도이다.
도 5a는 사인파 신호(320)에 왜곡이 없는 경우, 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)의 성능 분석도로서, 도 5a를 통해 제어부(30)가 구형파 신호(310)의 상승 에지시점(510)을 정확히 검출해 내고, 아울러 사인파 신호(320)의 피크시점(520)을 정확히 검출해 낸 것을 확인할 수 있다.
도 5b는 사인파 신호(320)에 왜곡이 발생한 경우, 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)의 성능 분석도로서, 도 5b를 통해 제어부(30)가 구형파 신호(310)의 상승 에지시점(550)을 정확히 검출해 내고, 아울러 사인파 신호(320)의 피크시점(560)을 정확히 검출해 낸 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 리졸버 출력신호인 사인파 신호(320)에 왜곡의 발생 여부에 상관 없이, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)는 최적의 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 다른 성능 분석도이다.
도 6에서, '610'은 제1 종래의 방식에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 나타내고, '620'은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 나타내며, '630'은 제2 종래의 방식에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 나타낸다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 종래의 방식에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 위상 지연시간(610)은 39.2㎲ ~ 39.6㎲ 사이에서 큰 낙폭(0.333㎲)을 보이고 있으며, 제2 종래의 방식에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 위상 지연시간(630)은 39㎲ ~ 39.5㎲ 사이에서 더 큰 낙폭(0.469㎲)을 보이고 있는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버 출력신호의 위상 지연시간(620)은 39.2㎲ ~ 39.3㎲ 사이에서 안정적인 낙폭(0.047㎲)을 갖는 것을 알 수 있다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치의 다른 성능 분석도로서, 리졸버 출력신호의 위상지연과 모터의 구동전력 간 관계를 나타낸다.
도 7에서, '610'은 정상적인 위상각을 나타내고, '611'은 위상지연이 발생한 위상각을 나타내며, '612'는 정상적인 모터의 구동전력을 나타내고, '613'은 리졸버 출력신호에 위상 지연이 발생한 경우 모터의 구동전력을 나타내고, '614'는 리졸버 출력신호의 위상 지연시간이 2㎲인 경우 모터 구동전력의 오차를 나타내며, '615'는 리졸버 출력신호의 위상 지연시간이 1㎲인 경우 모터 구동전력의 오차를 나타낸다.
이를 통해, 리졸버 출력신호의 위상 지연시간이 길수록 모터 구동전력의 오차가 커짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)는 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 보상하는데 이용될 수 있으므로, 결국 모터의 구동전력을 최적화하는데 기여할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 장치(100)는 모터의 구동전력 제어 시스템에 적용될 수 있다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 방법에 대한 흐름도이다.
먼저, 여자신호 생성부(20)가 구형파 신호(310)를 이용하여 여자신호를 생성한다(801).
그리고, 제어부(30)가 리졸버 출력신호(320)를 미분하여 미분신호(330)를 획득하고, 상기 미분신호(330)가 기준전압을 만족하는 시점(340)을 상기 리졸버 출력신호(340)의 피크시점(340)으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호(340)의 피크시점(340)과 상기 구형파 신호(310)의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호(340)의 위상 지연시간을 검출한다(802).
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 방법을 실행하기 위한 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 9를 참조하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 리졸버의 위상지연 검출 방법은 컴퓨팅 시스템을 통해서도 구현될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 시스템 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory, 1310) 및 RAM(Random Access Memory, 1320)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, SSD(Solid State Drive), 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 저장부
20: 여자신호 생성부
30: 제어부

Claims (20)

  1. 모터의 회전각에 상응하는 신호를 출력하는 리졸버;
    구형파 신호를 이용하여 여자신호를 생성하는 여자신호 생성부; 및
    리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 상기 구형파 신호의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 제어부
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 여자신호 생성부는,
    상기 구형파 신호를 필터링하여 여자신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 여자신호 생성부는,
    BPF(Band Pass Filter)와 LPF(Low Pass Filter)의 조합으로 구현되는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구형파 신호의 에지시점과 상기 리졸버 출력신호의 피크시점 간 차이가 기준범위를 벗어나면 오류로 판단하는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 에지시점 검출기;
    상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 LPF(Low Pass Filter);
    상기 LPF에 의해 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 미분기;
    상기 미분기로부터 출력되는 미분신호를 필터링하는 BPF(Band Pass Filter);
    상기 BPF를 통과한 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 기준시점 검출기;
    상기 기준시점 검출기에 의해 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 피크시점 검출기;
    상기 피크시점 검출기에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 에지시점 검출기에 의해 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 차감기; 및
    상기 차감기에 의해 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 지연시간 산출기
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 차감기에 의해 차감된 결과의 범위를 제한하는 리미터
    를 더 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지연시간 산출기는,
    상기 리미터에 의해 범위가 제한된 차감 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 LPF는,
    상기 리졸버 출력신호의 주파수 대비 기준치 이상의 차단 주파수가 설정되는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리졸버의 위상지연 검출 장치는,
    모터의 구동전력 제어 시스템에 적용되는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  10. 여자신호 생성부가 구형파 신호를 이용하여 여자신호를 생성하는 단계; 및
    제어부가 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 획득하고, 상기 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로서 검출하며, 상기 리졸버 출력신호의 피크시점과 상기 구형파 신호의 에지시점에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 여자신호를 생성하는 단계는,
    상기 구형파 신호를 필터링하여 여자신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 여자신호를 생성하는 단계는,
    상기 구형파 신호를 BPF(Band Pass Filter)와 LPF(Low Pass Filter)를 순차적으로 통과시켜 여자신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 단계는,
    상기 구형파 신호의 에지시점과 상기 리졸버 출력신호의 피크시점 간 차이가 기준범위를 벗어나면 오류로 판단하는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 검출하는 단계는,
    상기 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 단계;
    상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 단계;
    상기 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 단계;
    상기 미분신호를 밴드 패스 필터링하는 단계;
    상기 밴드 패스 필터링된 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 단계;
    상기 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 단계;
    상기 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 상기 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 단계기; 및
    상기 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차감기에 의해 차감된 결과의 범위를 제한하는 단계; 및
    상기 범위가 제한된 차감 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 단계
    를 더 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 단계는,
    LPF(Low Pass Filter)를 이용하되, 상기 LPF에 상기 리졸버 출력신호의 주파수 대비 기준치 이상의 차단 주파수가 설정되는 단계
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 방법.
  17. 구형파 신호의 상승 에지시점을 검출하는 에지시점 검출기;
    상기 리졸버 출력신호의 노이즈를 제거하는 LPF(Low Pass Filter);
    상기 LPF에 의해 노이즈가 제거된 리졸버 출력신호를 미분하여 미분신호를 출력하는 미분기;
    상기 미분기로부터 출력되는 미분신호를 필터링하는 BPF(Band Pass Filter);
    상기 BPF를 통과한 미분신호가 기준전압을 만족하는 시점을 검출하는 기준시점 검출기;
    상기 기준시점 검출기에 의해 검출된 시점을 상기 리졸버 출력신호의 피크시점으로 검출하는 피크시점 검출기;
    상기 피크시점 검출기에 의해 검출된 리졸버 출력신호의 피크시점에서 에지시점 검출기에 의해 검출된 구형파 신호의 상승 에지시점을 차감하는 차감기; 및
    상기 차감기에 의해 차감된 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 지연시간 산출기
    를 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 차감기에 의해 차감된 결과의 범위를 제한하는 리미터
    를 더 포함하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지연시간 산출기는,
    상기 리미터에 의해 범위가 제한된 차감 결과에 기초하여 상기 리졸버 출력신호의 위상 지연시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
  20. 제 5 항에 있어서,
    상기 LPF는,
    상기 리졸버 출력신호의 주파수 대비 기준치 이상의 차단 주파수가 설정되는 것을 특징으로 하는 리졸버의 위상지연 검출 장치.
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