KR20230103620A - Motor driver, motor drive system and method for driving motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터 구동의 불연속 동작없이 역기전력 전압을 검출하여 모터의 구동 속도를 타겟 속도까지 빠르게 제어할 수 있는 모터 드라이버에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 모터 드라이버는 클로즈드 루프 기간을 시작할 때, 3상 코일 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜서 플로팅된 특정 코일의 역기전력 전압을 검출하고, 검출된 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시킬 수 있다. The present invention relates to a motor driver capable of quickly controlling a driving speed of a motor up to a target speed by detecting a counter electromotive force voltage without discontinuous driving of the motor. Float any one of the coils, detect the counter-electromotive force voltage of the floated specific coil, and apply a compensation value to compensate for the error between the detected counter-electromotive force voltage and the target voltage, thereby reducing the driving speed of the BLDC motor to the target speed. can increase
Description
본 발명은 모터 구동의 불연속 동작없이 역기전력 전압을 검출하여 모터의 구동 속도를 타겟 속도까지 빠르게 제어할 수 있는 모터 드라이버, 모터 구동 시스템 및 모터 구동 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a motor driver, a motor driving system, and a motor driving method capable of rapidly controlling a driving speed of a motor up to a target speed by detecting a counter electromotive force voltage without discontinuous driving of the motor.
최근 세탁기, 냉장고 등의 가전 기기를 포함하는 다양한 전자 기기에서는 정류용 브러시를 이용하지 않아 에너지 효율이 높은 브러시리스 직류(Brushless Direct Current, 이하 BLDC) 모터를 이용하고 있다. Recently, various electronic devices including home appliances such as washing machines and refrigerators use brushless direct current (BLDC) motors with high energy efficiency because they do not use brushes for commutation.
BLDC 모터는 전기자의 코일들에 흐르는 전류의 전류 방향을 바꾸는 전자 정류(commutation)를 수행하고, 회전자의 위치와 정류 시점이 일치할 때, 회전자를 회전시키는 연속적인 회전 자계를 형성할 수 있다.The BLDC motor performs electronic commutation that changes the current direction of the current flowing in the coils of the armature, and when the position of the rotor coincides with the commutation time, it can form a continuous rotating magnetic field that rotates the rotor. .
BLDC 모터 시스템은 초기 셋업 구간에서 오픈 루프(Open Loop) 구간과 클로즈드 루프(Closed Loop) 구간 사이에 3상 모터를 모두 플로팅시키는 코스팅(Coasting) 구간을 두어 BLDC 모터의 역기전력을 검출하고 역기전력 전압을 구동 전압과 동기화시킴으로써 구동 효율을 향상시킬 수 있다.The BLDC motor system has a coasting section in which all three-phase motors are floated between the open loop section and the closed loop section in the initial setup section to detect the counter electromotive force of the BLDC motor and calculate the counter electromotive force voltage. By synchronizing with the driving voltage, driving efficiency can be improved.
그러나, BLDC 모터 시스템은 코스팅(Coasting) 구간에 의해 BLDC 모터 구동의 불연속 동작이 발생하여 토크 리플(Torque ripple)이 발생하는 문제점이 있다. However, the BLDC motor system has a problem in that torque ripple occurs due to discontinuous operation of the BLDC motor driving due to a coasting section.
본 발명은 모터 구동의 불연속 동작없이 역기전력 전압을 검출하여 모터의 구동 속도를 타겟 속도까지 빠르게 제어할 수 있는 모터 드라이버, 모터 구동 시스템 및 모터 구동 방법을 제공한다. The present invention provides a motor driver, a motor driving system, and a motor driving method capable of rapidly controlling a driving speed of a motor up to a target speed by detecting a counter electromotive force voltage without discontinuous driving of the motor.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버는 클로즈드 루프 기간을 시작할 때, 3상 코일 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜서 플로팅된 특정 코일의 역기전력 전압을 검출하고, 검출된 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시킬 수 있다. When a closed loop period starts, the motor driver according to an embodiment of the present invention floats any one specific coil among three-phase coils to detect a counter-electromotive force voltage of the floated specific coil, and determines a relationship between the detected counter-electromotive force voltage and a target voltage. The driving speed of the BLDC motor may be increased to the target speed by applying a compensation value for compensating for the error value.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 시스템은 3상 코일을 포함하는 BLDC 모터; 코일 제어 신호를 생성하는 모터 드라이버; 상기 코일 제어 신호에 응답하여, 상기 3상 코일 각각에 제1 전원 전압과 제2 전원 전압을 이용한 구동 전압을 공급하는 인버터; 상기 인버터에 전원 전압을 공급하는 전원부; 상기 모터 드라이버를 제어하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 모터 드라이버는 클로즈드 루프 기간을 시작할 때, 상기 인버터를 제어하여 상기 3상 코일 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜서 플로팅된 특정 코일의 역기전력 전압을 검출하고, 검출된 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 상기 코일 제어 신호의 펄스 폭 변조(이하 PWM) 듀티를 타겟 PWM 듀티까지 증가시킬 수 있다. A motor driving system according to an embodiment of the present invention includes a BLDC motor including a three-phase coil; a motor driver generating a coil control signal; an inverter supplying a driving voltage using a first power supply voltage and a second power supply voltage to each of the three-phase coils in response to the coil control signal; a power supply unit supplying power voltage to the inverter; A controller controlling the motor driver, wherein the motor driver controls the inverter to float any one specific coil among the three-phase coils when a closed loop period starts, and detects a counter electromotive force voltage of the floated specific coil; , the pulse width modulation (PWM) duty of the coil control signal may be increased up to the target PWM duty by applying a compensation value for compensating for an error value between the detected back EMF voltage and the target voltage.
상기 모터 드라이버는 상기 클로즈드 루프 기간 이전의 오픈 루프 기간에서, 오픈 루프 제어로 PWM 듀티를 증가시킬 수 있다.The motor driver may increase the PWM duty by open-loop control in an open-loop period prior to the closed-loop period.
상기 모터 드라이버는 상기 오차값에 비례-적분(이하 PI) 제어 계수를 이용한 PI 제어를 적용하여 상기 PWM 듀티를 기준값까지 증가시킬 수 있다.The motor driver may increase the PWM duty to a reference value by applying PI control using a proportional-integral (PI) control coefficient to the error value.
상기 모터 드라이버는 상기 오차값에 복수의 단계별로 다른 비례-적분(이하 PI) 제어 계수를 적용하여 상기 PWM 듀티를 각 단계의 기준 PWM 듀티로 증가시킬 수 있다.The motor driver may increase the PWM duty to the reference PWM duty of each step by applying a different proportional-integral (PI) control coefficient for each step to the error value.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동 방법은 클로즈드 루프 기간을 시작할 때, 3상 코일 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜서 플로팅된 특정 코일의 역기전력 전압을 검출하는 단계; 및 상기 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.A motor driving method according to an embodiment of the present invention includes, when a closed loop period starts, floating one specific coil among three-phase coils and detecting a counter electromotive force voltage of the floated specific coil; and increasing the driving speed of the BLDC motor to the target speed by applying a compensation value for compensating for an error value between the counter electromotive force voltage and the target voltage.
본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버, 모터 구동 시스템 및 모터 구동 방법은 셋업 구간에서 모터 구동의 불연속없이 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜 역기전력 전압을 검출하고 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차를 보상하는 PI 제어를 단계별로 수행함으로써 목표 속도에 빠르게 도달할 수 있다.A motor driver, a motor driving system, and a motor driving method according to an embodiment of the present invention float any one specific coil without discontinuity of motor driving in a setup section to detect a counter electromotive force voltage and compensate for an error between the counter electromotive force voltage and a target voltage By performing the PI control step by step, the target speed can be reached quickly.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버, 모터 구동 방법 및 모터 구동 시스템은 셋업 구간에서 모터의 불연속 동작이 없으므로 토크 리플을 감소시킬 수 있고 초기 구동 전류의 피크와 클로즈드 루프의 제어 시간을 감소시킬 수 있다.Therefore, the motor driver, the motor driving method, and the motor driving system according to an embodiment of the present invention do not have discontinuous operation of the motor in the setup period, so the torque ripple can be reduced, and the peak of the initial drive current and the closed loop control time are reduced. can make it
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서리스 BLDC 모터 구동 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터의 셋업 구간을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터 구동 방법을 나타낸 순서도이다.1 is a diagram illustrating a sensorless BLDC motor driving system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a setup section of a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method for driving a BLDC motor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터 구동 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버의 락 판단부의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 역기전력 전압을 이용하여 락 상태를 판단하는 방법을 예시적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a BLDC motor driving system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a lock determination unit of a motor driver according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing a method of determining a lock state using a counter electromotive force voltage according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 센서리스 BLDC(Brushless Direct Current) 모터 구동 시스템(100)는 BLDC 모터(200), 인버터(300), 전원부(400), 모터 드라이버(500), 마이크로 컨트롤 유닛(MicroController Unit; 이하 MCU)(600)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a sensorless brushless direct current (BLDC)
센서리스 BLDC 모터(200)는 서로 다른 상(Phase)을 갖는 3상 코일(UC, VC, WC)을 포함하는 고정자(stator)와, 영구 자석을 사용하는 회전자(rotor)를 포함할 수 있고, 도 1에서 회전자는 생략되어 있다. The
센서리스 BLDC 모터(200)의 고정자는 U상(제1 상)을 갖는 제1 코일(UC), V상(제2 상)을 갖는 제2 코일(VC), W상(제3 상)을 갖는 제3 코일(WC)을 포함할 수 있다. The stator of the
BLDC 모터(200)는 인버터(300)로부터 3상 코일(UC, VC, WC) 각각에 공급되는 구동 신호에 따라 구동될 수 있고, 제1 내지 제3 코일(UC, VC, WC)에서 발생된 자기력이 BLDC 모터(200)의 회전자를 회전시킬 수 있다.The BLDC
인버터(300)는 모터 드라이버(500)의 제어에 따라 동작하여, 제1 내지 제3 노드(U, V, W) 각각을 통해 센서리스 BLDC 모터(200)의 3상 코일(UC, VC, WC) 각각에 제1 전원 전압(VBB)을 공급하거나, 제2 전원 전압(VSS)을 공급할 수 있다. 제1 전원 전압(VBB)은 고전위 전원 전압이고, 제2 전원 전압(VSS)은 저전위 전원 전압일 수 있다.The
특히, 인버터(300)는 모터 드라이버(500)의 제어에 따라 3상 코일(UC, VC, WC) 중 어느 하나의 특정 코일에 제1 및 제2 전원 전압(VDD, VSS)의 공급없이 특정 코일을 플로팅시킬 수 있다. In particular, the
인버터(300)는 전원부(400)로부터 제1 전원 전압(VBB) 및 제2 전원 전압(VSS)을 공급받을 수 있다. 인버터(300)는 모터 드라이버(500)로부터 제1-1 및 제1-2 코일 제어 신호(UP, UN), 제2-1 및 제2-2 코일 제어 신호(VP, VN), 제3-1 및 제3-2 코일 제어 신호(WP, WN)를 공급받을 수 있다. 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 코일 제어 신호들(UP, UN, VP, VN, WP, WN)은 펄스 폭 변조(Pulse With Modulation; PWM) 신호일 수 있다.The
인버터(300)는 센서리스 BLDC 모터(200)의 제1 코일(UC)을 구동하는 제1 구동부를 포함하고, 제1 구동부는 제1 전원 전압(VBB)의 공급 라인과 제2 전원 전압(VSS)의 공급 라인 사이에 직렬 접속된 제1 풀업(pull-up) 트랜지스터(Tup) 및 제1 풀다운(pull-down) 트랜지스터(Tun)를 포함할 수 있다. 제1 풀업 트랜지스터(Tup) 및 제1 풀다운 트랜지스터(Tun) 사이의 접속 노드는 제1 노드(U)를 통해 제1 코일(UC)과 접속될 수 있다. The
제1 풀업 트랜지스터(Tup)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제1-1 코일 제어 신호(UP)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제1 전원 전압(VBB)을 제1 노드(U)를 통해 제1 코일(UC)로 인가할 수 있다. 제1 풀다운 트랜지스터(Tun)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제1-2 코일 제어 신호(UN)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제2 전원 전압(VSS)을 제1 노드(U)를 통해 제1 코일(UC)로 인가할 수 있다. The first pull-up transistor Tup is turned on while the 1-1st coil control signal UP supplied from the
한편, 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제1-1 및 제1-2 코일 제어 신호(UP, UN)가 모두 게이트-오프 전압일 때 제1 풀업 트랜지스터(Tup) 및 제1 풀다운 트랜지스터(Tun)가 모두 턴-오프되어 제1 노드(U)와 제1 코일(UC)은 플로팅 상태가 될 수 있다.Meanwhile, when both the 1-1 and 1-2 coil control signals UP and UN supplied from the
인버터(300)는 센서리스 BLDC 모터(200)의 제2 코일(VC)을 구동하는 제2 구동부를 포함하고, 제2 구동부는 제1 전원 전압(VBB)의 공급 라인과 제2 전원 전압(VSS)의 공급 라인 사이에 직렬 접속된 제2 풀업 트랜지스터(Tvp) 및 제2 풀다운 트랜지스터(Tvn)를 포함할 수 있다. 제2 풀업 트랜지스터(Tvp) 및 제2 풀다운 트랜지스터(Tvn) 사이의 접속 노드는 제2 노드(V)를 통해 제2 코일(VC)과 접속될 수 있다. The
제2 풀업 트랜지스터(Tvp)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제2-1 코일 제어 신호(VP)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제1 전원 전압(VBB)을 제2 노드(V)를 통해 제2 코일(VC)로 인가할 수 있다. 제2 풀다운 트랜지스터(Tvn)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제2-2 코일 제어 신호(VN)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제2 전원 전압(VSS)을 제2 노드(V)를 통해 제2 코일(VC)로 인가할 수 있다. The second pull-up transistor Tvp is turned on while the 2-1st coil control signal VP supplied from the
한편, 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제2-1 및 제2-2 코일 제어 신호(VP, VN)가 모두 게이트-오프 전압일 때 제2 풀업 트랜지스터(Tvp) 및 제2 풀다운 트랜지스터(Tvn)가 모두 턴-오프되어 제2 노드(V) 및 제2 코일(VC)은 플로팅 상태가 될 수 있다.Meanwhile, when both the 2-1st and 2-2nd coil control signals VP and VN supplied from the
인버터(300)는 센서리스 BLDC 모터(200)의 제3 코일(WC)을 구동하는 제3 구동부를 포함하고, 제3 구동부는 제1 전원 전압(VBB)의 공급 라인과 제2 전원 전압(VSS)의 공급 라인 사이에 직렬 접속된 제3 풀업 트랜지스터(Twp) 및 제3 풀다운 트랜지스터(Twn)를 포함할 수 있다. 제3 풀업 트랜지스터(Twp) 및 제3 풀다운 트랜지스터(Twn) 사이의 접속 노드는 제3 노드(W)를 통해 제3 코일(WC)과 접속될 수 있다. The
제3 풀업 트랜지스터(Twp)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제3-1 코일 제어 신호(WP)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제1 전원 전압(VBB)을 제3 노드(W)를 통해 제3 코일(WC)로 인가할 수 있다. 제3 풀다운 트랜지스터(Twn)는 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제3-2 코일 제어 신호(WN)가 게이트-온 전압인 기간에 턴-온되어 제2 전원 전압(VSS)을 제3 노드(W)를 통해 제3 코일(WC)로 인가할 수 있다. The third pull-up transistor Twp is turned on while the 3-1st coil control signal WP supplied from the
한편, 모터 드라이버(500)로부터 공급되는 제3-1 및 제3-2 코일 제어 신호(WP, WN)가 모두 게이트-오프 전압일 때 제3 풀업 트랜지스터(Twp) 및 제3 풀다운 트랜지스터(Twn)가 모두 턴-오프되어 제3 노드(W) 및 제3 코일(WC)은 플로팅 상태가 될 수 있다.Meanwhile, when both the 3-1 and 3-2 coil control signals WP and WN supplied from the
모터 드라이버(500)는 MCU(600)의 제어에 따라 코일 제어 신호들(UP, UN, VP, VN, WP, WN)의 PWM 듀티(Duty)를 조절함으로써 BLDC 모터(200)의 속도를 제어할 수 있다. The
모터 드라이버(500)는 초기 셋업 구간에서 도 2에 도시된 바와 같이 얼라인 및 오픈 루프(Align & Open loop) 제어 구간과, 클로즈드 루프(Closed loop) 제어 구간을 포함하여 MCU(600)의 제어에 따라 PWM 듀티를 단계적으로 증가시킴으로써 BLDC 모터(200)의 구동 속도를 타겟 속도까지 증가시킬 수 있다. As shown in FIG. 2 in the initial setup section, the
얼라인 및 오픈 루프(Align & Open loop) 제어 구간에서, 모터 드라이버(500)는 BLDC 모터(200)의 회전자(rotor) 위치를 얼라인시키고, BLDC 모터(200)나 인버터(300)로부터 피드백을 받지 않는 오픈 루프 제어 방식으로 PWM 듀티를 증가시켜서 인버터(300)를 통해 BLDC 모터(200)를 구동할 수 있다.In the Align & Open loop control section, the
모터 드라이버(500)는 오픈 루프 구간이 끝나는 시점에서 인버터(300)를 통해 3상 코일(UC, VC, WC) 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시키고, 인버터(300)로부터 제1 내지 제3 노드(U, V, W) 중 특정 노드를 통해 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)를 공급받아 역기전력(Back-Electro Motive Force: BEMF) 전압을 검출할 수 있다. 모터 드라이버(500)는 인버터(300)로 출력하는 코일 제어 신호들(UP, UN, VP, VN, WP, WN) 중 특정 코일의 제어 신호를 모두 게이트-오프 전압으로 오프시킴으로써, 3상 코일(UC, VC, WC) 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시킬 수 있다. The
모터 드라이버(500)는 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)을 공급받고, BLDC 모터(200)에서 3상 코일(UC, VC, WC)이 공통 접속된 중성점 전압을 더 공급받을 수 있다. 모터 드라이버(500)는 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)과 BLDC 모터(200)의 중성점 전압과의 차를 역기전력 전압으로 검출할 수 있다.The
아래 수학식 1과 같이, 모터 드라이버(500)는 타겟 전압(target_vref)과 역기전력 전압(BEMF volgate)과의 오차값(speed_error)을 계산할 수 있다. As shown in
<수학식 1><
speed_error = target_vref - BEMF_voltagespeed_error = target_vref - BEMF_voltage
모터 드라이버(500)는 오차값(speed_error)이 설정 범위 안에 있으면 PWM 듀티를 증가시켜 다음 단계의 기준 속도(PI_2 Start Duty)로 증가시킬 수 있다.When the error value (speed_error) is within a set range, the
모터 드라이버(500)는 오차값(speed_error)이 설정 범위 밖에 있으면, 아래 수학식 2와 같이 오차값(speed_error)에 비례-적분(Proportional-Integral; P1) 제어 알고리즘을 이용한 PI 제어 계수(Kpi)를 적용하여 보상값(Kpi * (speed_error))을 산출할 수 있다. 모터 드라이버(500)는 보상값(Kpi * (speed_error))을 적용하여 PWM 듀티를 증가시킴으로써 단계별 기준 속도((PI_1 Start Duty, PI_2 Start Duty, PI_3 Start Duty))에 맞출 수 있다. When the error value (speed_error) is outside the set range, the
<수학식 2><
F[N] = F[N-1] + Kpi * (speed_error), speed_error = target_vref - BEMF_voltageF[N] = F[N-1] + Kpi * (speed_error), speed_error = target_vref - BEMF_voltage
모터 드라이버(500)는 클로즈드 루프 구간에서, 상기 수학식 1을 이용하여 오차값(speed_error)에 단계별(PI_1, PI_2, Pi_3) PI 제어 계수(Kpi, i = 1, 2, 3)를 적용하여 PWM 듀티를 증가시킬 수 있다. 상기 수학식 1에서 PI 계수(Kpi, i = 1, 2, 3) 단계별로 다르고 Kp1>Kp2>Kp3의 상대적인 크기를 갖도록 설정되어 내부 레지스터에 저장될 수 있다. The
이에 따라, 모터 드라이버(500)는 셋업 구간에서 BLDC 모터(200)의 구동 속도를 타겟 속도까지 빠르게 증가시킬 수 있고 타겟 속도에 도달하면 등속도로 BLDC 모터(200)를 구동할 수 있다.Accordingly, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 모터 구동 시스템의 구동 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a driving method of a BLDC motor driving system according to an embodiment of the present invention.
모터 드라이버(500)는 BLDC 모터(200)의 회전자(rotor) 위치를 얼라인시키고, BLDC 모터(200)나 인버터(300)로부터 피드백을 받지 않는 오픈 루프 제어 방식으로 PWM 듀티를 증가시켜서 인버터(300)를 통해 BLDC 모터(200)를 구동할 수 있다(S302).The
모터 드라이버(500)는 오픈 루프 구간이 끝나면(S304, Yes), 클로즈드 루프 구간으로 동작하고(S306), 인버터(300)를 통해 3상 코일(UC, VC, WC) 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시키고, 인버터(300)로부터 제1 내지 제3 노드(U, V, W) 중 특정 노드를 통해 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)를 공급받아 역기전력(Back-Electro Motive Force: BEMF) 전압을 검출할 수 있다(S308). 모터 드라이버(500)는 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)을 공급받고, BLDC 모터(200)에서 3상 코일(UC, VC, WC)이 공통 접속된 중성점 전압을 공급받아, 플로팅된 특정 코일의 전압(Vu)과 BLDC 모터(200)의 중성점 전압과의 차를 역기전력 전압으로 검출할 수 있다.When the open loop section ends (S304, Yes), the
모터 드라이버(500)는 타겟 전압(target_vref)과 역기전력 전압(BEMF volgate)과의 차이인 오차값(speed_error)을 계산할 수 있다(S312). The
모터 드라이버(500)는 오차값(speed_error)이 설정 범위 안에 있으면(S312, Yes), PWM 듀티를 증가시켜 다음 단계의 기준 속도(PI_2 Start Duty)로 증가시킬 수 있다(S316).If the error value (speed_error) is within the set range (S312, Yes), the
모터 드라이버(500)는 오차값(speed_error)이 설정 범위 밖에 있으면(S312, No), 오차값(speed_error)에 PI 제어 계수(Kpi)를 적용하는 PI 제어를 수행하여 보상값(Kpi * (speed_error))을 산출할 수 있다(S314).If the error value (speed_error) is outside the set range (S312, No), the
모터 드라이버(500)는 보상값(Kpi * (speed_error))을 적용하여 PWM 듀티를 증가시킴으로써 단계별 기준 속도((PI_1 Start Duty, PI_2 Start Duty, PI_3 Start Duty))에 맞출 수 있다(S316). 모터 드라이버(500)는 PI 제어 단계(PI_1, PI_2, Pi_3) 각각에서 단계별로 설정된 PI 제어 계수(Kpi, i = 1, 2, 3)를 적용하여 PWM 듀티를 증가시킬 수 있다. The
이에 따라, 모터 드라이버(500)는 셋업 구간에서 BLDC 모터(200)의 구동 속도를 타겟 속도까지 빠르게 증가시킴으로써 셋업 구간을 단축시킬 수 있다.Accordingly, the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버, 모터 구동 시스템 및 모터 구동 방법은 셋업 구간에서 모터 구동의 불연속없이 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜 역기전력 전압을 검출하고 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차를 보상하는 PI 제어를 단계별로 수행함으로써 목표 속도에 빠르게 도달할 수 있다.As such, the motor driver, motor driving system, and motor driving method according to an embodiment of the present invention float any one specific coil without discontinuity of motor driving in the setup section to detect the counter electromotive force voltage, and to determine the relationship between the counter electromotive force voltage and the target voltage. The target speed can be quickly reached by performing PI control step by step to compensate for the error.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 드라이버, 모터 구동 방법 및 모터 구동 시스템은 셋업 구간에서 모터의 불연속 동작이 없으므로 토크 리플을 감소시킬 수 있고 초기 구동 전류의 피크와 클로즈드 루프의 제어 시간을 감소킬 수 있다.Therefore, the motor driver, the motor driving method, and the motor driving system according to an embodiment of the present invention do not have discontinuous operation of the motor in the setup period, so the torque ripple can be reduced, and the peak of the initial drive current and the closed loop control time are reduced. can kill
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the above-described present invention may be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100: BLDC 모터 구동 시스템
200: 센서리스 BLDC 모터
300: 인버터
400: 전원부
500: 모터 드라이버
100: BLDC motor driving system 200: sensorless BLDC motor
300: inverter 400: power supply
500: motor driver
Claims (18)
상기 클로즈드 루프 기간 이전의 오픈 루프 기간에서, 오픈 루프 제어로 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 증가시키는 모터 드라이버.The method of claim 1,
A motor driver that increases the driving speed of the BLDC motor by open-loop control in an open-loop period before the closed-loop period.
상기 오차값에 비례-적분(이하 PI) 제어 계수를 이용한 PI 제어를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 기준 속도로 증가시키는 모터 드라이버.The method of claim 1,
A motor driver for increasing the driving speed of the BLDC motor to a reference speed by applying PI control using a proportional-integral (PI) control coefficient to the error value.
상기 오차값에 복수의 단계별로 다른 비례-적분(이하 PI) 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 각 단계의 기준 속도로 증가시키는 모터 드라이버.The method of claim 1,
A motor driver for increasing the driving speed of the BLDC motor to the reference speed of each step by applying a proportional-integral (PI) control coefficient different for each step to the error value.
상기 오차값에 제1 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제1 단계의 기준 속도로 증가시키고,'
상기 오차값에 제2 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제2 단계의 기준 속도로 증가시키고,
상기 오차값에 제3 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제3 단계의 기준 속도로 증가시키는 모터 드라이버.The method of claim 4,
Applying a first PI control coefficient to the error value to increase the driving speed of the BLDC motor to the reference speed of the first step,'
Applying a second PI control coefficient to the error value to increase the driving speed of the BLDC motor to the reference speed of the second step;
A motor driver for increasing the driving speed of the BLDC motor to a reference speed of a third step by applying a third PI control coefficient to the error value.
상기 플로팅된 특정 코일의 전압과, 상기 BLDC 모터로부터 3상 코일의 중성점 전압을 공급받고, 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압의 차이를 상기 역기전력 전압으로 검출하는 모터 드라이버. The method of claim 1,
A motor driver receiving the voltage of the specific coil floating and the neutral point voltage of the three-phase coil from the BLDC motor, and detecting a difference between the voltage of the specific coil and the neutral point voltage as the counter electromotive force voltage.
코일 제어 신호를 생성하는 모터 드라이버;
상기 코일 제어 신호에 응답하여, 상기 3상 코일 각각에 제1 전원 전압과 제2 전원 전압을 이용한 구동 전압을 공급하는 인버터;
상기 인버터에 전원 전압을 공급하는 전원부;
상기 모터 드라이버를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 모터 드라이버는
클로즈드 루프 기간을 시작할 때, 상기 인버터를 제어하여 상기 3상 코일 중 어느 하나의 특정 코일을 플로팅시켜서 플로팅된 특정 코일의 역기전력 전압을 검출하고, 검출된 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 상기 코일 제어 신호의 펄스 폭 변조(이하 PWM) 듀티를 타겟 PWM 듀티까지 증가시키는 모터 드라이버.BLDC motors including three-phase coils;
a motor driver generating a coil control signal;
an inverter supplying a driving voltage using a first power supply voltage and a second power supply voltage to each of the three-phase coils in response to the coil control signal;
a power supply unit supplying power voltage to the inverter;
A controller for controlling the motor driver,
the motor driver
At the start of the closed loop period, controlling the inverter to float any one specific coil among the three-phase coils to detect the counter-EMF voltage of the floated specific coil and compensate for an error value between the detected counter-EMF voltage and the target voltage. A motor driver for increasing a pulse width modulation (PWM) duty of the coil control signal to a target PWM duty by applying a compensation value for
상기 모터 드라이버는
상기 클로즈드 루프 기간 이전의 오픈 루프 기간에서, 오픈 루프 제어로 PWM 듀티를 증가시키는 모터 구동 시스템.The method of claim 7,
the motor driver
A motor drive system in which PWM duty is increased by open-loop control in an open-loop period prior to the closed-loop period.
상기 모터 드라이버는
상기 오차값에 PI 제어 계수를 이용한 PI 제어를 적용하여 상기 PWM 듀티를 기준값까지 증가시키는 모터 구동 시스템.The method of claim 7,
the motor driver
A motor driving system for increasing the PWM duty to a reference value by applying PI control using a PI control coefficient to the error value.
상기 모터 드라이버는
상기 오차값에 복수의 단계별로 다른 PI 제어 계수를 적용하여 상기 PWM 듀티를 각 단계의 기준 PWM 듀티로 증가시키는 모터 구동 시스템.The method of claim 7,
the motor driver
A motor driving system for increasing the PWM duty to a reference PWM duty of each step by applying a different PI control coefficient to the error value in a plurality of steps.
상기 모터 드라이버는
상기 오차값에 제1 PI 제어 계수를 적용하여 상기 PWM 듀티를 제1 단계의 기준 PWM 듀티로 증가시키고,
상기 오차값에 제2 PI 제어 계수를 적용하여 상기 PWM 듀티를 제2 단계의 기준 PWM 듀티로 증가시키고,
상기 오차값에 제3 PI 제어 계수를 적용하여 상기 PWM 듀티를 제3 단계의 기준 PWM 듀티로 증가시키는 모터 구동 시스템.The method of claim 10,
the motor driver
Applying a first PI control coefficient to the error value to increase the PWM duty to a first-stage reference PWM duty;
Applying a second PI control coefficient to the error value to increase the PWM duty to a reference PWM duty of a second stage;
A motor driving system for increasing the PWM duty to a reference PWM duty of a third stage by applying a third PI control coefficient to the error value.
상기 모터 드라이버는
상기 플로팅된 특정 코일의 전압과, 상기 BLDC 모터로부터 3상 코일의 중성점 전압을 공급받고, 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압의 차이를 상기 역기전력 전압으로 검출하는 모터 구동 시스템. The method of claim 7,
the motor driver
The motor driving system receiving the voltage of the specific coil floating and the neutral point voltage of the three-phase coil from the BLDC motor, and detecting a difference between the voltage of the specific coil and the neutral point voltage as the counter electromotive force voltage.
상기 역기전력 전압과 타겟 전압과의 오차값을 보상하기 위한 보상값을 적용하여 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시키는 단계를 포함하는 모터 구동 방법.At the start of the closed loop period, floating any one specific coil among the three-phase coils to detect a counter electromotive force voltage of the floated specific coil;
and increasing a driving speed of the BLDC motor to a target speed by applying a compensation value for compensating for an error value between the counter electromotive force voltage and the target voltage.
상기 클로즈드 루프 기간 이전의 오픈 루프 기간에서, 오픈 루프 제어로 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 증가시키는 단계를 더 포함하는 모터 구동 방법.The method of claim 13,
The motor driving method further comprising increasing a driving speed of the BLDC motor by open loop control in an open loop period before the closed loop period.
상기 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시키는 단계는
상기 오차값에 PI 제어 계수를 이용한 PI 제어를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 기준 속도로 증가시키는 모터 구동 방법.The method of claim 13,
Increasing the driving speed of the BLDC motor to the target speed
A motor driving method of increasing the driving speed of the BLDC motor to a reference speed by applying PI control using a PI control coefficient to the error value.
상기 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시키는 단계는
상기 오차값에 복수의 단계별로 다른 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 각 단계의 기준 속도로 증가시키는 모터 구동 방법.The method of claim 13,
Increasing the driving speed of the BLDC motor to the target speed
A motor driving method of increasing the driving speed of the BLDC motor to a reference speed of each step by applying a different PI control coefficient to the error value in a plurality of steps.
상기 BLDC 모터의 구동 속도를 타겟 속도로 증가시키는 단계는
상기 오차값에 제1 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제1 단계의 기준 속도로 증가시키는 단계;
상기 오차값에 제2 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제2 단계의 기준 속도로 증가시키는 단계;
상기 오차값에 제3 PI 제어 계수를 적용하여 상기 BLDC 모터의 구동 속도를 제3 단계의 기준 속도로 증가시키는 단계를 포함하는 모터 구동 방법.The method of claim 14,
Increasing the driving speed of the BLDC motor to the target speed
increasing the driving speed of the BLDC motor to the reference speed of the first step by applying a first PI control coefficient to the error value;
increasing the driving speed of the BLDC motor to the reference speed of the second step by applying a second PI control coefficient to the error value;
and increasing a driving speed of the BLDC motor to a reference speed of a third step by applying a third PI control coefficient to the error value.
상기 역기전력 전압을 검출하는 단계는
상기 플로팅된 특정 코일의 전압과, 상기 BLDC 모터로부터 3상 코일의 중성점 전압을 공급받고, 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압의 차이를 상기 역기전력 전압으로 검출하는 모터 구동 방법. The method of claim 13,
The step of detecting the counter electromotive force voltage is
The motor driving method of receiving the voltage of the floating specific coil and the neutral point voltage of the three-phase coil from the BLDC motor, and detecting a difference between the voltage of the specific coil and the neutral point voltage as the counter electromotive force voltage.
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