KR100393789B1 - 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 관한 것으로, 직류 링크단의 전압을 검출하여 그 값에 따라 각상을 구동시키기 위한 스위칭소자에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티를 가변하도록 한 것이다. 이를 위하여 본 발명은 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 디지탈신호로 변환하는 제1 과정과; 검출된 전압이 기준전압이면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 설정된 기존 듀티로 하고, 기준전압보다 높으면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 줄이며, 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 얼라인의 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 높여서 특성상에 얼라인을 위한 펄스폭변조신호를 인가하는 제2 과정으로 수행한다.

Description

에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법{ALIGN PWM COMPENSATION METHOD FOR SRM}

본 발명은 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 관한 것으로, 특히 직류 링크단의 전압을 검출하여 그 값에 따라 각상을 구동시키기 위한 스위칭소자에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티를 가변하도록 한 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 관한 것이다.

일반적으로, 에스알엠은 구동시 회전자의 위치신호가 있어야 되고, 최소 1개의 위치센서를 채용하여도 모터의 정/역회전 변경시점을 정확히 인지하여 그 에스알엠을 정/역방향으로 제어할 수 있다.

이하, 3개의 위치센서를 가진 에스알엠을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도1은 일반적인 6/4 구조를 갖는 에스알엠의 전원공급 및 구동회로도로서, 이에 도시된 바와같이, 모터 권선에 순차적으로 전압을 인가하도록 하는 제어용 전원공급장치(11)와, 상기 제어용 전원공급장치(SMPS)에 신호를 인가하여 전압을 15V-40V까지 변화시키도록 제어하는 마이크로 컴퓨터(12)와, 모터내 회전자의 위치를 검출하고 그에따른 회전자 위치신호를 출력하는 위치센서(Sa,Sb,Sc)와 상기 회전자 위치신호에 따라 스위치소자를 온/오프할 수 있는 피엔피 스위치소자로 이루어진 베이스 구동부(13)와, 병렬로 N상의 수 만큼 각각 연결되는 N개의 모터 권선 (La ,Lb,Lc)과, 이 모터 권선(La,Lb,Lc)에 상,하로 직렬연결된 스위치소자 (Q1a ,Q1b ,Q1c) (Q2a,Q2b,Q2c)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 에미터와 하위스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD2 ,FRD4 ,FRD6)와, 상기 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 콜렉터와 하위 스위치소자 (Q2a ,Q2b ,Q2c)의 에미터 사이에 연결된 프리휠 다이오드(FRD3,FRD5,FRD7)와, 상위 스위치소자(Q1a,Q1b,Q1c)의 베이스와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)의 에미터 사이에 연결되어 상위 스위치소자 (Q1a,Q1b,Q1c)와 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)를 동시에 온시키도록 하는 저항(R21-R23)과, 상기 하위 스위치소자(Q2a,Q2b,Q2c)에 흐르는 전류를 검출하는 저항(Rd1,Rd2,Rd3)으로 구성되며, 이와같이 구성한 에스알엠의 동작을 설명한다.

먼저, 마이크로 컴퓨터(12)는 그의 출력포트(PORT1)로 모터 속도를 가변시키기 위한 신호를 제어용 전원공급장치(11)로 인가한다.

여기서 상기 제어용 전원공급장치(11)는 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)이다.

그러면 상기 제어용 전원공급장치(11)는 15V-40V 까지 변화시킬 수 있으며, 이 변화된 전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급하고, 이에 따라 에스알엠(SRM) 모터의 회전자가 회전하게 되고, 그 회전 속도는 가변된다.

이때 모터의 회전자의 위치를 위치센서(Sa,Sb,Sc)에서 검출하게 되는데, 즉 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출하여 베이스 구동부(13)의 A상의 위치센서(PHOTO Sa)에서 신호를 출력하면 피엔피 스위치소자 (PNP1)가 온된다.

상기 피엔피 스위치소자(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 하위 스위치소자 (Q2a)가 턴온된다.

이때, 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온됨에 따라, 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R21)을 통해서 저전위신호가 A상의 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스로 인가되어, 상기 A상의 상위 스위치소자(Q1a)도 턴온되며, 이에의해 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 A상의 모터 권선(La)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 신호가 발생되고, 이에 따라 상기 A상의 위치센서(PHOTO Sa)는 오프되어 피엔피 스위치소자(PNP1)도 오프되며, 이에 따라 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)도 오프됨과 동시에 상위 스위치소자(Q1a)도 오프됨에 따라 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3, FRD2)에 의해 제거되므로 모터가 원활하게 회전된다.

이때, B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 발생된 회전자 위치신호에 의해 피엔피 스위치소자(PNP2)도 턴온되고, 그 피엔피 스위치소자(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 B상의 하위 스위치소자(Q2b)의 베이스로 공급되어 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 턴온된다.

여기서, 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되므로, 저항(R22)을 통해 저전위신호가 B상의 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스로 인가되어, 상기 B상의 상위 스위치소자(Q1b)도 턴온되며, 이에 의해 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 C상의 위치센서(PHOTO Sc)에서 신호가 발생되어 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c,Q2c)가 턴온되고, 이에 의해 상기 C상의 모터 권선(Lc)에 전기가 유기되어 회전을 가속하게 되고, 이와같은 일을 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.

즉, 마이크로컴퓨터(12)가 위치센서로부터 위치신호를 입력받아 그에 따라 각 상의 구동을 제어한다.

여기서, 상술한 에스알엠은 초기 기동하기 위해서, 각 상을 특정 위치로 얼라인시킨후에 기동하게 되는데, 이를 위하여 회전자를 얼라인 위치에 정렬시키는알고리즘이 필요한다.

이때, 일반적인 동작은 상기와 거의 동일하나, 다만, 가격 절감을 위하여 하나의 위치센서를 사용하는 3상 에스알엠은 운전중 회전자의 위치를 항상 기억하고 있어야 하므로, 위치센서가 현재의 위치를 인크리멘탈 엔코더처럼 위치신호가 하나씩 발생할 때마다 회전상을 하나씩 시프트시켜 인지하여 그에 따라 각 상의 구동을 제어한다.

또한, 상기 하나의 위치센서를 이용하는 3상 에스알엠의 경우, 초기 기동전에 특정한 한상으로 회전자를 얼라인 시키는데, 즉 그 특기준을 구동시키기 위한 스위칭소자의 게이트에 일정한 폭을 가진 펄스폭변조신호를 인가하다가 일정한 횟수가 지나면 펄스폭변조신호의 폭을 점차적으로 줄여 나가면서 원하는 간격으로 줄어들때까지 펄스폭변조신호를 인가하여 원하는 특정 상에 회전자를 얼라인시킨다.

그러나, 상기와 같이 동작하는 종래 기술에 있어서, 회전자를 특기준에 얼라인시킬때 외부전원이 변동하게 되면 펄스폭변조신호가 균일하게 발생하지 못하여 회전자를 정확히 얼라인시키지 못하고, 아울러 회전자의 미스 얼라인에 의한 전류로 인하여 높은 소음이 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 본 발명은 에스알엠을 정해진 특정한 상으로 얼라인시킬 경우에, 외부전원의 값과 직류 링크단의 전압을 검지하여 그 값에 따라 각상을 구동시키기 위한 스위칭소자에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티를 가변하도록 한 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 6/4 구조를 갖는 에스알엠의 전원공급 및 구동회로도.

도2는 본 발명 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 대한 동작흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 디지탈신호로 변환하는 제1 과정과; 검출된 전압이 기준전압이면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 설정된 기존 듀티로 하고, 기준전압보다 높으면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 줄이며, 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 얼라인의 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 높여서 특성상에 얼라인을 위한 펄스폭변조신호를 인가하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 대한 작용 및 효과를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법이 적용되는 장치는 종래 도1과 동일하므로 생략한다.

도2는 본 발명 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법에 대한 구성을 보인 동작흐름도로서, 이에 도시한 바와같이 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 디지탈신호로 변환하는 제1 과정과; 상기 제1 과정을 소정 횟수만큼 반복수행하여 평균값을 검출한후 그 평균값을 이용하여 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 가변하여 특기준에 인가하는 제2 과정으로 이루어진다.

상기 제2 과정은 디지탈 평균값이 제1 기준값 보다 크면 제1 설정 듀티비로 펄스폭변조신호를 출력하는 제1 단계와; 상기 디지탈 평균값이 제1 기준값보다 작으면서, 제2 기준값보다 크면 제2 설정 듀티비로 펄스폭변조신호를 출력하는 제2 단계와; 상기 디지탈평균값이 제1 기준값보다 작으면서, 제2 기준값보다 작으면 제3 설정 듀티비로 펄스폭변조신호를 출력하는 제3 단계로 이루어지며, 이와같은 본 발명의 동작을 설명한다.

먼저, 일반적인 동작은 종래와 동일하다. 즉, 마이크로 컴퓨터(12)는 그의 출력포트(PORT1)로 모터 속도를 가변시키기 위한 신호를 제어용 전원공급장치(11)로 인가한다.

여기서 상기 제어용 전원공급장치(11)는 SMPS(SWITCHING MODE POWER SUPPLY)이다.

그러면 상기 제어용 전원공급장치(11)는 15V-40V 까지 변화시킬 수 있으며, 이 변화된 전압을 에스알엠(SRM) 모터로 공급하고, 이에 따라 에스알엠(SRM) 모터의 회전자가 회전하게 되고, 그 회전 속도는 가변된다.

이때 모터의 회전자의 위치를 위치센서(Sa,Sb,Sc)에서 검출하게 되는데, 즉 고정자 권선 A상에 전기가 유기될 수 있도록 회전자의 위치를 검출하여 베이스 구동부(13)의 A상의 위치센서(PHOTO Sa)에서 신호를 출력하면 피엔피 스위치소자 (PNP1)가 온된다.

상기 피엔피 스위치소자(PNP1)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sa)가 A상의 하위 스위치소자(Q2a)의 베이스로 공급되고, 이에 의해 상기 A상의 하위 스위치소자 (Q2a)가 턴온된다.

이때, 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)가 온됨에 따라, 전류가 접지측으로 바이패스 되어 저항(R21)을 통해서 저전위신호가 A상의 상위 스위치소자(Q1a)의 베이스로 인가되어, 상기 A상의 상위 스위치소자(Q1a)도 턴온되며, 이에의해 A상의 모터 권선(La)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

여기서, 상기 A상의 모터 권선(La)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 신호가 발생되고, 이에 따라 상기 A상의 위치센서(PHOTO Sa)는 오프되어 피엔피 스위치소자(PNP1)도 오프되며, 이에 따라 상기 A상의 하위 스위치소자(Q2a)도 오프됨과 동시에 상위 스위치소자(Q1a)도 오프됨에 따라 모터 권선(La)에 유기된 자속은 프리휠 다이오드(FRD3, FRD2)에 의해제거되므로 모터가 원활하게 회전된다.

이때, B상의 위치센서(PHOTO Sb)에서 발생된 회전자 위치신호에 의해 피엔피 스위치소자(PNP2)도 턴온되고, 그 피엔피 스위치소자(PNP2)가 온됨에 따라 고전위의 신호(Sb)가 B상의 하위 스위치소자(Q2b)의 베이스로 공급되어 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 턴온된다.

여기서, 상기 B상의 하위 스위치소자(Q2b)가 온됨에 따라 전류가 접지측으로 바이패스 되므로, 저항(R22)을 통해 저전위신호가 B상의 상위 스위치소자(Q1b)의 베이스로 인가되어, 상기 B상의 상위 스위치소자(Q1b)도 턴온되며, 이에 의해 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기를 유기시킬 수 있게 된다.

이후, 상기 B상의 모터 권선(Lb)에 전기가 유기된 다음 순간에 게이트 구동부(13)의 C상의 위치센서(PHOTO Sc)에서 신호가 발생되어 C상의 상,하위 스위치소자(Q1c,Q2c)가 턴온되고, 이에 의해 상기 C상의 모터 권선(Lc)에 전기가 유기되어 회전을 가속하게 되고, 이와같은 일을 반복하게 됨으로써 에스알엠 모터는 회전하게 된다.

여기서, 본 발명은, 회전자의 얼라인시, 마이크로컴퓨터에서 직류링크단 전압을 검출하여 이 전압을 디지탈신호로 변환한후, 이 디지탈신호를 사용자에 의해 초기 설정된 기준값과 비교하여 그에 따라 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변하여 회전자를 일정한 상에 얼라인하는데, 즉 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 디지탈신호로 변환하고, 상기 검출된 전압이 기준전압이면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 설정된 기존 듀티로 하며,기준 전압보다 높으면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 줄이며, 검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 얼라인의 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 높여서 특성상에 얼라인을 위한 펄스폭변조신호를 인가한다.이를 도2를 참조하여 설명한다.

우선, 마이크로컴퓨터는 외부전압의 변화를 감지하기 위하여, 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 아나로그/디지탈변환기를 이용하여 디지탈신호로 변환하는데, 이와같은 동작을 수회 반복수행하여 그에 따른 평균값을 검출한다.

그런 다음, 상기 평균값을 사용자에 실험에 의해, 기설정된 제1,제2 기준값과 비교하여 그에 따라 회전자를 일기준에 얼라인하기 위한 펄스폭변조신호를 듀티비를 가변시켜 출력한다.

실험을 통해, 상기 제1 기준값은 약 '187', 제2 기준값은 약 '156'으로 설정된다.

여기서, 상기 평균값과 제1,제2 기준값의 크기 비교에 따른 동작을 설명하면, 상기 디지탈 평균값이 제1 기준값 보다 크면 듀티비가 '34.8%'인 펄스폭변조신호를 출력하고, 상기 디지탈 평균값이 제1 기준값보다 작으면서, 제2 기준값보다 크면 듀티비가 약 '36.8%'인 펄스폭변조신호를 출력하며, 상기 디지탈평균값이 제1 기준값보다 작으면서, 제2 기준값보다 작으면 듀티비가 약 '38.8%'인 펄스폭변조신호를 출력한다.

다시 말해서, 본 발명은 직류링크단 전압을 검출하여 그 검출전압을 사용자에의해 실험을 통해 기설정된 기준값과 비교하여 그에 따라 펄스폭변조신호의 듀티비를 가변함으로써 안정되게 회전자를 특기준에 얼라인시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은, 에스알엠을 정해진 특정한 상으로 얼라인시킬 경우에 외부전원의 값과 직류 링크단의 전압을 검지하여 그 값에 따라 각상의 구동을 위한 스위칭소자에 인가되는 펄스폭변조신호의 듀티를 가변함으로써 초기 기동시 회전자를 일정한 상에 정확하게 얼라인시킴과 아울러 그 얼라인시 발생하는 소음을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 직류링크단의 전압을 검출하여 이를 디지탈신호로 변환하는 제1 과정과;

   검출된 전압이 기준전압이면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 설정된 기존 듀티로 하고,

   기준전압보다 높으면 얼라인을 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 줄이며,

   검출된 전압이 기준전압보다 낮으면 얼라인의 위한 펄스폭변조신호의 듀티를 기존보다 높여서 특성상에 얼라인을 위한 펄스폭변조신호를 인가하는 제2 과정으로 수행함을 특징으로 하는 에스알엠의 얼라인 펄스폭 변조신호 보상방법.
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