KR100629006B1 - Apparatus for Driving three phase Brushless DC motor without position sensors - Google Patents

Apparatus for Driving three phase Brushless DC motor without position sensors Download PDF

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Abstract

높은 토크로 3상 BLDC 모터를 구동시키고, 또한 위치센서를 사용하지 않고, 회전자의 위치를 정확하고 간단하게 검출할 수 있다.It is possible to drive a three-phase BLDC motor with high torque and to accurately and simply detect the position of the rotor without using a position sensor.

150° 통전방식으로 3상 BLDC 모터에 구동전류를 공급하여 구동시키는 것으로 스위칭 신호에 따라 스위칭 소자가 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류를 출력하여 3상 BLDC 모터를 구동시키는 인버터부와, 3상 BLDC 모터가 구동됨에 따라 발생되는 a상의 역기전력을 분배함과 아울러 각 상의 역기전력을 합성한 중성점 전압을 발생하는 전압 분배기와, 전압 분배기에서 분배된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 위상을 각기 지연시키는 제 1 및 제 2 위상지연기와, 제 1 및 제 2 위상 지연기에서 위상이 지연된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 전압 레벨을 비교하여 a상의 역기전력의 제로크로싱을 검출하는 비교기와, 비교기가 제로크로싱을 검출하는 시간에 따라 3상 BLDC 모터를 150° 통전방식으로 구동시키기 위한 회전자 위치 검출신호를 발생하는 회전자 위치 검출수단과, 회전자 위치 검출수단이 발생하는 회전자 위치 검출신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 인버터부의 스위칭 소자를 150° 통전방식으로 스위칭시키는 구동 제어부로 구성된다.Inverter unit for driving 3-phase BLDC motor by outputting 3-phase current while switching element is selectively turned on and off according to the switching signal. A voltage divider for distributing the counter electromotive force generated in operation of the BLDC motor and generating a neutral voltage obtained by synthesizing the counter electromotive force of each phase; And a comparator comparing zero voltages of the counter electromotive force and the neutral point voltage of phase a with delayed phases in the first and second phase retarders with the second phase delay and detecting the zero crossing of the counter electromotive force of phase a. On the rotor that generates the rotor position detection signal to drive the 3-phase BLDC motor with 150 ° energization over time Generating a switching signal in accordance with a rotor position detection signal to the detection means and the rotor position detecting means is configured to generate the inverter switching elements in the drive control unit to switch to the 150 ° conduction method.

BLDC모터, 150°통전, 회전자, 적분, 저역통과필터, 타이머, 분주기BLDC motor, 150 ° energization, rotor, integral, low pass filter, timer, divider

Description

위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치{Apparatus for Driving three phase Brushless DC motor without position sensors}Apparatus for Driving three phase Brushless DC motor without position sensors}

도 1은 종래의 180° 통전방식을 설명하기 위한 파형도.1 is a waveform diagram illustrating a conventional 180 ° energization method.

도 2는 종래의 120° 통전방식의 구동장치의 구성을 보인 블록도.Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a conventional 120 ° energization drive device.

도 3a 내지 도 3e는 도 2의 각 부의 동작 파형도.3A to 3E are operational waveform diagrams of each part of FIG.

도 4는 본 발명의 150° 통전방식의 구동장치의 구성을 보인 블록도.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of a driving device of 150 ° energization method of the present invention.

도 5a 내지 도 5h는 도 4의 각 부의 동작 파형도.5A to 5H are operational waveform diagrams of respective parts of FIG. 4.

도 6a 및 도 6b는 종래의 120°통전방식을 시뮬레이션한 결과를 보인 그래프.6a and 6b are graphs showing the results of simulating a conventional 120 ° energization method.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 150°통전방식을 시뮬레이션한 결과를 보인 그래프.7a and 7b is a graph showing a result of simulating the 150 ° energization method of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

400 : 인버터부 410 : 3상 BLDC 모터400: inverter unit 410: three-phase BLDC motor

420 : 전압 분배기 430 : 제 1 위상 지연기420: voltage divider 430: first phase delay

440 : 제 2 위상 지연기 450 : 비교기440: second phase delay 450: comparator

460 : 회전자 위치 검출수단 461 : 타이머460: rotor position detection means 461: timer

463 : 시간 분주기 470 : 구동 제어부463: time divider 470: drive control unit

본 발명은 브러시가 없는 3상 직류모터(Three Phase Brushless DC Motor ; 이하, '3상 BLDC 모터'라고 약칭함)를 위치센서를 사용하지 않고, 회전자의 위치를 정확하게 추정하면서 150°의 통전방식으로 구동전류를 공급하여 구동시키는 위치센서가 없는 3상 BLDC 모터의 구동장치에 관한 것이다.According to the present invention, a brushless three-phase DC motor (hereinafter, abbreviated as 'three-phase BLDC motor') does not use a position sensor and accurately estimates the rotor position while supplying a 150 ° electric current. The present invention relates to a drive device for a three-phase BLDC motor without a position sensor for supplying and driving a drive current.

일반적으로 3상 BLDC 모터는 일반 3상 DC 모터에서 정류자(commutator)의 역할을 수행하는 브러시를 제거하면서도 3상 DC 모터의 특성을 그대로 유지할 수 있도록 개발된 것으로서 영구자석으로 이루어진 회전자와, 3개의 코일 즉, a상, b상 및 c상 코일이 권선되어 있는 고정자를 구비한다.In general, three-phase BLDC motor is developed to maintain the characteristics of three-phase DC motor while removing the brush that acts as a commutator in a conventional three-phase DC motor, a rotor made of permanent magnets, and three A coil, that is, a stator in which a, b and c phase coils are wound.

이러한 3상 BLDC 모터는 고정자에 권선되어 있는 a상, b상 및 c상 코일에 3상 전류를 공급하고, 그 공급한 3상 전류에 따라 a상, b상 및 c상 코일이 각기 자계를 발생하여 영구자석으로 이루어진 회전자를 회전시키는 것이다.The three-phase BLDC motor supplies three-phase currents to the a-phase, b-phase, and c-phase coils wound on the stator, and the a-phase, b-phase, and c-phase coils respectively generate magnetic fields according to the supplied three-phase currents. To rotate the rotor made of permanent magnets.

상기 회전자의 a상, b상 및 c상 코일에 3상 전류를 공급하여 구동하는 구동방식으로는 180° 통전방식과, 120° 통전방식이 알려져 있다.As a driving method for supplying and driving three-phase currents to the a-phase, b-phase and c-phase coils of the rotor, a 180 ° energization method and a 120 ° energization method are known.

상기 180° 통전방식은 3상 BLDC 모터를 구동시킴에 따라 고정자에 권선되어 있는 a상, b상 및 c상 코일에서 도 1a에 도시된 바와 같이 각기 발생되는 역기전력(Va, Vb, Vc)에 따라 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 a상, b상 및 c상 코일에 플러스 180°주기 및 마이너스 180°주기동안 모두 구동전류를 공급하여 구동시 키는 것이다.The 180 ° energization method is based on the counter electromotive force Va, Vb, Vc generated in the a-phase, b-phase, and c-phase coils wound on the stator as shown in FIG. 1A by driving a three-phase BLDC motor. As shown in FIGS. 1B to 1C, the driving current is supplied to the a-phase, the b-phase, and the c-phase coils during a plus 180 ° period and a minus 180 ° period for driving.

이러한 180° 통전방식은 3상 BLDC 모터의 평균토크를 크게 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나 회전자의 위치를 검출할 경우에 3상 BLDC 모터의 a상, b상 및 c상 코일에서 발생되는 역기전력(Va, Vb, Vc)을 이용하지 못하고, 3상 BLDC 모터의 파라미터들을 이용하여 회전자의 위치를 검출해야 되므로 3상 BLDC 모터의 파라미터들의 변화에 매우 취약하고, 계산량이 많으므로 고가의 프로세서를 사용하여 회전자의 위치를 검출해야 된다. This 180 ° energization method has an advantage of generating a large average torque of a three-phase BLDC motor. However, when detecting the position of the rotor, it is impossible to use the back EMF (Va, Vb, Vc) generated in the a-phase, b-phase and c-phase coils of the 3-phase BLDC motor. Since the position of the electron must be detected, it is very vulnerable to the change of the parameters of the three-phase BLDC motor, and the calculation amount is large. Therefore, the position of the rotor must be detected using an expensive processor.

그러므로 3상 BLDC 모터를 구동시킴에 있어서 상기한 180° 통전방식 대신에 회전자의 위치 검출이 용이한 120° 통전방식을 많이 사용하고 있다. 상기 120° 통전방식은 플러스 180°주기 및 마이너스 180°주기 중에서 각기 120°의 구간동안만 3상 BLDC 모터의 a상, b상 및 c상 코일에 구동전류를 공급하여 구동시키는 것이다.Therefore, in driving a three-phase BLDC motor, instead of the 180 ° energization method described above, a 120 ° energization method for easily detecting the position of the rotor is often used. In the 120 ° energization method, the driving current is supplied to and driven by the a-phase, b-phase and c-phase coils of the three-phase BLDC motor only during a period of 120 ° in a positive 180 ° period and a negative 180 ° period.

이러한 120° 통전방식으로 3상 BLDC 모터를 구동시키는 종래의 구동장치를 도 2 및 도 3의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.A conventional driving device for driving a three-phase BLDC motor in such a 120 ° energization manner will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

도 2는 종래의 구동장치의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 스위칭 신호에 따라 스위칭 소자가 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류를 출력하는 인버터부(200)와, 상기 인버터부(200)가 출력하는 3상 전류가 a상, b상 및 c상 코일로 흐르면서 발생되는 자계에 따라 회전자가 회전하는 3상 BLDC 모터(210)와, 상기 3상 BLDC 모터(210)의 a상, b상 및 c상 코일로 흐르는 3상 전류에 따라 발생되는 a상, b상 및 c상의 역기전력(Va, Vb, Vc)을 분배하는 전압 분배기(220) 와, 상기 전압 분배기(220)에서 분배된 각각의 역기전력(Va, Vb, Vc)을 각기 적분하는 저역통과필터(230, 230a, 230b)와, 상기 저역통과필터(230, 230a, 230b)에서 적분된 출력전압을 접지전압과 각기 비교하여 제로크로싱(zero crossing)을 검출하고, 회전자의 회전위치 추정신호를 발생하는 비교기(240, 240a, 240b)와, 상기 비교기(240, 240a, 240b)가 출력하는 회전자의 회전위치 추정신호에 따라 스위칭 제어신호를 발생하여 상기 인버터부(200)의 스위칭 동작을 제어하는 구동 제어부(250)로 구성하였다.2 is a block diagram showing the configuration of a conventional driving apparatus. As shown therein, the inverter 200 selectively outputs a three-phase current while the switching element is selectively turned on and off, and the three-phase current output by the inverter 200 is a-phase, b-phase, and the like. The three-phase BLDC motor 210 in which the rotor rotates according to the magnetic field generated while flowing through the c-phase coil, and the three-phase current flowing through the a-phase, b-phase and c-phase coils of the three-phase BLDC motor 210 are generated. Voltage divider 220 for distributing back electromotive forces Va, Vb, and V phases of a phase, b phase, and c phase, and a low pass for integrating respective counter electromotive forces Va, Vb, and Vc distributed in the voltage divider 220, respectively. Zero crossing is detected by comparing the output voltage integrated in the pass filter 230, 230a, 230b and the low pass filter 230, 230a, 230b with the ground voltage, respectively, and the rotational position of the rotor is estimated. A comparator 240, 240a, 240b for generating a signal, and a rotor output by the comparator 240, 240a, 240b. And generating a switching control signal according to a forward position estimation signal was composed of a driving controller 250 for controlling a switching operation of the inverter section (200).

이와 같이 구성된 종래의 구동장치는 스위칭 제어신호에 따라 구동제어부(250)가 출력하는 스위칭 신호에 따라 인버터부(200)의 스위칭 소자들이 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류를 발생하고, 발생한 3상 전류는 3상 BLDC 모터(210)의 고정자에 권선된 a상, b상 및 c상 코일에 공급되어 회전자가 회전하게 된다.The conventional driving device configured as described above generates three-phase current while the switching elements of the inverter unit 200 are selectively turned on and off according to the switching signal output from the driving control unit 250 according to the switching control signal, and the three-phase generated Current is supplied to the a-phase, b-phase and c-phase coils wound on the stator of the three-phase BLDC motor 210 to rotate the rotor.

그리고 상기 a상, b상 및 c상 코일로 3상 전류가 흐름에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이 a상, b상 및 c상 코일에서 역기전력(Va, Vb, Vc)이 발생하고, 발생한 역기전력(Va, Vb, Vc)은 전압 분배기(220)에서 분배되어 출력되며, 전압 분배기(220)에서 분배된 역기전력(Va, Vb, Vc)은 저역통과필터(230, 230a, 230b)를 통해 각기 적분되어 위상이 90°지연된다.As the three-phase current flows to the a-phase, b-phase and c-phase coils, back electromotive force Va, Vb, Vc is generated in the a phase, b phase and c phase coils as shown in FIG. (Va, Vb, Vc) is distributed and output from the voltage divider 220, the back electromotive force (Va, Vb, Vc) distributed in the voltage divider 220 is integrated through the low pass filter (230, 230a, 230b), respectively. The phase is delayed by 90 degrees.

상기 저역통과필터(230, 230a, 230b)의 출력전압은 비교기(240, 240a, 240b)의 비반전 입력단자(+)에 각기 인가되고, 비교기(240, 240a, 240b)의 반전 입력단자(-)에는 접지전압이 인가되는 것으로서 비교기(240, 240a, 240b)는 저역통과필터(230, 230a, 230b)의 출력전압을 접지전압과 각기 비교하여 저역통과필터(230, 230a, 230b)의 출력전압의 제로크로싱을 검출한 펄스신호를 출력한다.The output voltages of the low pass filters 230, 230a, and 230b are respectively applied to the non-inverting input terminals (+) of the comparators 240, 240a and 240b, and the inverting input terminals of the comparators 240, 240a and 240b (-). ), The comparator (240, 240a, 240b) is applied to the output voltage of the low pass filter (230, 230a, 230b) by comparing the output voltage of the low pass filter (230, 230a, 230b) with the ground voltage, respectively. The pulse signal detected by zero crossing is output.

상기 비교기(240, 240a, 240b)가 출력하는 펄스신호는 3상 BLDC 모터(210)의 회전자의 위치를 추정한 위치 추정신호로서 그 비교기(240, 240a, 240b)의 출력신호에 따라 구동 제어부(250)가 스위칭 제어신호를 발생하고, 발생한 스위칭 제어신호에 따라 인버터부(200)가 도 3b 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 3상 구동전류를 발생하여 3상 BLDC 모터(210)의 a상, b상 및 c상 코일로 공급하고, 도 3e에 도시된 바와 같은 구동토크를 발생하여 회전자를 회전시키게 된다.The pulse signals output by the comparators 240, 240a, and 240b are position estimation signals for estimating the position of the rotor of the three-phase BLDC motor 210, and are driven according to the output signals of the comparators 240, 240a, and 240b. 250 generates a switching control signal, and according to the generated switching control signal, the inverter unit 200 generates a three-phase driving current as shown in FIGS. 3B to 3D to form a phase of the three-phase BLDC motor 210. , b-phase and c-phase coils are supplied, and a driving torque as shown in FIG. 3E is generated to rotate the rotor.

그러나 상기한 종래의 120° 통전방식의 구동장치는 회전자의 위치를 검출하는 것이 용이하고, 저렴하게 제조할 수 있는 반면에 도 3e에 도시된 바와 같은 6차 고조파에 해당하는 토크 리플이 발생하고, 또한 상기한 종래의 180° 통전방식에 비하여 평균 토크가 낮게 발생하는 문제점이 있었다.However, the above-described conventional 120 ° energization drive device is easy to detect the position of the rotor and can be manufactured at low cost while torque ripple corresponding to the sixth harmonic as shown in FIG. 3E occurs. In addition, there is a problem that the average torque is lower than that of the conventional 180 ° energization method.

그러므로 본 발명의 목적은 위치센서를 사용하지 않고, 120° 통전방식과 같이 회전자의 위치를 정확하고 간단하게 검출할 수 있는 3상 BLDC 직류모터의 구동장치를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a drive device for a three-phase BLDC DC motor that can accurately and simply detect the position of a rotor like a 120 ° energization without using a position sensor.

본 발명의 다른 목적은 회전자의 위치를 검출하면서 높은 토크로 3상 BLDC 모터를 구동시킬 수 있는 위치센서가 없는 3상 BLDC 직류모터의 구동장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a drive device for a three-phase BLDC DC motor without a position sensor capable of driving a three-phase BLDC motor with high torque while detecting the position of the rotor.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 위치센서가 없는 3상 BLDC 직류모터의 구동장치는 150° 통전방식으로 구동전류를 공급하여 구동시키는 것으로서 스위칭 신호 에 따라 스위칭 소자가 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류를 출력하여 3상 BLDC 모터를 구동시키는 인버터부와, 상기 3상 BLDC 모터가 구동됨에 따라 발생되는 a상의 역기전력을 분배함과 아울러 각 상의 역기전력을 합성한 중성점 전압을 발생하는 전압 분배기와, 상기 전압 분배기에서 분배된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 위상을 각기 지연시키는 제 1 및 제 2 위상지연기와, 상기 제 1 및 제 2 위상 지연기에서 위상이 지연된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 전압 레벨을 비교하여 a상의 역기전력의 제로크로싱을 검출하는 비교기와, 상기 비교기가 제로크로싱을 검출하는 시간에 따라 상기 3상 BLDC 모터를 150° 통전방식으로 구동시키기 위한 회전자 위치 검출신호를 발생하는 회전자 위치 검출수단과, 상기 회전자 위치 검출수단이 발생하는 회전자 위치 검출신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 인버터부의 스위칭 소자를 150° 통전방식으로 스위칭시키는 구동 제어부로 구성됨을 특징으로 한다.The driving device of the three-phase BLDC DC motor without the position sensor of the present invention having the above object is to supply and drive the driving current by a 150 ° energization method, and the three-phase current is selectively switched on and off according to the switching signal. An inverter unit for outputting and driving a three-phase BLDC motor, a voltage divider for distributing the counter electromotive force generated as the three-phase BLDC motor is driven and generating a neutral point voltage combining the reverse electromotive force of each phase, and the voltage divider Comparing the voltage levels of the back EMF and the neutral point voltages of the phase A delayed in the phases of the first and second phase retarders with the phase delays of the phase E of the phase a divided by A comparator for detecting zero crossing of the counter electromotive force of the phase, and the comparator Rotor position detection means for generating a rotor position detection signal for driving a three-phase BLDC motor in a 150 ° energized manner, and generating a switching signal in accordance with the rotor position detection signal generated by the rotor position detection means Characterized in that the drive control unit for switching the switching element of the inverter unit in a 150 ° energization method.

상기 제 1 및 제 2 위상지연기들 각각은 저역통과필터로서 상기 제 1 위상지연기는 a상 역기전력의 위상을 75° 지연시키고, 상기 제 2 위상지연기는 중성점 전압의 위상을 45° 지연시키는 것을 특징으로 한다.Each of the first and second phase delays is a low pass filter, wherein the first phase delay delays the phase of the a-phase back EMF by 75 °, and the second phase delay delays the phase of the neutral point voltage by 45 °. It is done.

상기 회전자 위치 검출수단은 상기 비교기가 출력하는 펄스신호의 고전위 기간 및 저전위 기간의 시간을 카운트하는 타이머와, 상기 타이머가 카운트한 시간을 1/6으로 분주하여 회전자 위치 검출신호로 출력하는 시간 분주기로 구성됨을 특징으로 한다.The rotor position detecting means outputs a timer counting the time of the high potential period and the low potential period of the pulse signal output by the comparator, and divides the time counted by the timer into one-sixth to output the rotor position detection signal. It is characterized by consisting of a time divider.

이하, 첨부된 도 4 내지 도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 위치센서가 없는 3상 BLDC 직류모터의 구동장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a driving apparatus of a three-phase BLDC DC motor without a position sensor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIGS. 4 to 7.

도 4는 본 발명의 구동장치의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 스위칭 신호에 따라 스위칭 소자가 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 출력하는 인버터부(400)와, 상기 인버터부(400)가 출력하는 3상 전류(Ia, Ib, Ic)가 a상, b상 및 c상 코일로 흐르면서 발생되는 자계에 따라 회전자가 회전하는 3상 BLDC 모터(410)와, 상기 3상 BLDC 모터(410)의 a상, b상 및 c상 코일로 흐르는 3상 전류(Ia, Ib, Ic)에 따라 발생되는 a상, b상 및 c상의 역기전력(Va)을 분배함과 아울러 역기전력(Va, Vb, Vc)의 중성점 전압(VN)을 검출하여 출력하는 전압 분배기(420)와, 상기 전압 분배기(420)에서 분배된 역기전력(Va)의 위상을 75° 지연시키는 제 1 위상지연기(330)와, 상기 전압 분배기(420)에서 출력되는 중성점 전압(VN)의 위상을 45° 지연시키는 제 2 위상 지연기(340)와, 상기 제 1 및 제 2 위상 지연기(330)(340)에서 위상이 지연된 역기전력(Va') 및 중성점 전압(VN')을 비교하여 역기전력(Va')의 제로크로싱을 검출하는 비교기(450)와, 상기 비교기(450)가 제로크로싱을 검출하는 시간에 따라 상기 3상 BLDC 모터(410)를 150° 통전방식으로 구동시키기 위한 회전자 위치 검출신호를 발생하는 회전자 위치 검출수단(460)과, 상기 회전자 위치 검출수단(460)이 발생하는 회전자 위치 검출신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 인버터부(400)의 스위칭 소자를 스위칭시키는 구동 제어부(470)로 구성하였다.Figure 4 is a block diagram showing the configuration of the drive device of the present invention. As shown therein, the inverter 400 selectively outputs the three-phase currents Ia, Ib, and Ic while the switching element is selectively turned on and off, and the three-phase current output by the inverter 400. Three-phase BLDC motor 410 in which the rotor rotates according to the magnetic field generated while (Ia, Ib, Ic) flows through the a-phase, b-phase and c-phase coils, and the a-phase, b-of the three-phase BLDC motor 410 In addition to distributing the counter electromotive force Va of the a, b and c phases generated according to the three-phase currents Ia, Ib, and Ic flowing through the phase and c phase coils, the neutral point voltage of the counter electromotive forces Va, Vb, and Vc ( A voltage divider 420 for detecting and outputting V N ), a first phase delayer 330 for delaying a phase of the counter electromotive force Va distributed by the voltage divider 420 by 75 °, and the voltage divider 420. Phase delay delayed by 45 ° of the neutral point voltage V N outputted from the second phase delayer 340, and phase delayed by the first and second phase delayers 330 and 340. The comparator 450 which detects zero crossing of the counter electromotive force Va 'by comparing the counter electromotive force Va' and the neutral point voltage V N ′, and the time according to the time when the comparator 450 detects the zero crossing. Rotor position detection means 460 for generating a rotor position detection signal for driving the phase BLDC motor 410 in a 150 ° energized manner, and rotor position detection signal generated by the rotor position detection means 460 The driving control unit 470 generates a switching signal to switch the switching element of the inverter unit 400.

상기 회전자 위치 검출수단(460)은 상기 비교기(450)가 출력하는 펄스신호의 고전위 기간 및 저전위 기간의 시간을 카운트하는 타이머(461)와, 상기 타이머(461)가 카운트한 시간을 1/6으로 분주하여 회전자 위치 검출신호로 출력하는 시간 분주기(463)로 구성하였다.The rotor position detecting means 460 includes a timer 461 for counting the time of the high potential period and the low potential period of the pulse signal output by the comparator 450, and the time counted by the timer 461. The frequency divider 463 was divided into / 6 and outputted as a rotor position detection signal.

이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치는 스위칭 제어신호에 따라 구동제어부(460)가 출력하는 스위칭 신호에 따라 인버터부(400)의 스위칭 소자들이 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류(Ia, Ib, Ic)를 발생하고, 발생한 3상 전류(Ia, Ib, Ic)는 3상 BLDC 모터(410)의 고정자에 권선된 a상, b상 및 c상 코일에 각기 공급되어 회전자가 회전하게 된다.According to the driving apparatus of the present invention configured as described above, the switching elements of the inverter unit 400 are selectively turned on and off in accordance with the switching signal output from the driving control unit 460 according to the switching control signal. ), And the generated three-phase currents Ia, Ib, and Ic are respectively supplied to the a-phase, b-phase, and c-phase coils wound on the stator of the three-phase BLDC motor 410 so that the rotor rotates.

그리고 상기 a상, b상 및 c상 코일로 3상 전류(Ia, Ib, Ic)가 흐름에 따라 도 5a에 도시된 바와 같이 a상, b상 및 c상 코일에서 역기전력(Va, Vb, Vc)이 발생하고, 발생한 역기전력(Va, Vb, Vc)은 전압 분배기(420)에 입력되어 역기전력(Va)이 분배된 후 출력됨과 아울러 도 5b에 도시된 바와 같이 역기전력(Va, Vb, Vc)을 합성한 중성점 전압(VN)을 출력하게 된다.As the three-phase currents Ia, Ib, and Ic flow through the a-phase, b-phase, and c-phase coils, the counter electromotive force Va, Vb, Vc is shown in the a-phase, b-phase, and c-phase coils as shown in FIG. ) Is generated, and the generated counter electromotive force Va, Vb, Vc is input to the voltage divider 420 to be output after the counter electromotive force Va is distributed, and the counter electromotive force Va, Vb, Vc is output as shown in FIG. 5B. The synthesized neutral point voltage V N is output.

상기 전압 분배기(420)에서 출력되는 역기전력(Va) 및 중성점 전압(VN)은 제 1 위상 지연기(430) 및 제 2 위상 지연기(440)에 입력되어 각기 위상이 지연된다.The counter electromotive force Va and the neutral point voltage V N output from the voltage divider 420 are input to the first phase retarder 430 and the second phase retarder 440 to delay the phases.

여기서, 상기 제 1 위상 지연기(430) 및 제 2 위상 지연기(440)는 예를 들면, 저역통과필터를 사용하여 위상을 지연시키는 것으로서 도 5c에 도시된 바와 같이 제 1 위상 지연기(430)는 역기전력(Va)의 위상을 75° 지연시켜 출력하고, 제 2 위상 지연기(440)는 중성점 전압(VN)의 위상을 45° 지연시켜 출력한다.Here, the first phase retarder 430 and the second phase retarder 440 delay the phase by using, for example, a low pass filter, as shown in FIG. 5C. ) Delays the phase of the counter electromotive force Va by 75 °, and outputs the second phase delay 440 by delaying the phase of the neutral point voltage V N by 45 °.

상기 제 1 위상 지연기(430) 및 제 2 위상 지연기(440)에서 각기 위상이 지연된 역기전력(Va') 및 중성점 전압(VN')은 비교기(450)로 입력되는 것으로서 비교기(450)는 역기전력(Va') 및 중성점 전압(VN')의 크기를 비교하여 도 5d에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력하게 된다.The counter electromotive force Va ′ and the neutral point voltage V N ′ in which the phases are delayed in the first phase retarder 430 and the second phase retarder 440 are respectively input to the comparator 450. as a counter-electromotive force shown in Fig. 5d compared to the size of (Va ') and the neutral voltage (V N'), and outputs a pulse signal.

그러면, 회전자 위치 검출수단(460)의 타이머(461)는 상기 비교기(450)가 출력하는 펄스신호의 고전위 기간 및 저전위 기간의 시간을 각기 카운트하고, 타이머(461)가 카운트한 시간을 시간 분주기(463)가 1/6으로 분주하여 도 5e에 도시된 바와 같이 펄스신호를 출력한다.Then, the timer 461 of the rotor position detecting means 460 counts the time of the high potential period and the low potential period of the pulse signal output by the comparator 450, respectively, and counts the time counted by the timer 461. The time divider 463 divides in 1/6 to output a pulse signal as shown in FIG. 5E.

상기 시간 분주기(463)가 출력하는 펄스신호는 구동 제어부(470)로 입력되는 것으로 구동 제어부(470)는 상기 시간 분주기(463)가 출력하는 펄스신호에 따라 스위칭 신호를 발생하고, 그 스위칭 신호에 따라 인버터부(400)의 스위칭 소자가 온 및 오프되면서 도 5f 내지 도 5h에 도시된 바와 같이 3상 구동전류(Ia, Ib, Ic)를 출력하여 3상 BLDC 모터(410)를 150° 통전방식으로 구동시킨다.The pulse signal output by the time divider 463 is input to the driving controller 470. The driving controller 470 generates a switching signal according to the pulse signal output by the time divider 463, and the switching is performed. The switching element of the inverter unit 400 is turned on and off according to the signal and outputs the three-phase driving currents Ia, Ib, and Ic as shown in FIGS. 5F to 5H, thereby turning the three-phase BLDC motor 410 150 °. Drive by energization method.

종래의 120°통전방식과 본 발명의 150° 통전방식으로 3상 BLDC 모터(410)를 구동시키는 것을 PSIM으로 시뮬레이션하여 도 6a 및 도 6b와, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다.The driving of the three-phase BLDC motor 410 by the conventional 120 ° energization method and the 150 ° energization method of the present invention was simulated by PSIM to obtain the results as shown in FIGS. 6A and 6B and 7A and 7B. .

도 6a 및 도 7a는 종래의 120°통전방식 및 본 발명의 150° 통전방식으로 3상 BLDC 모터(410)를 구동시킬 경우에 3상 BLDC 모터(410)의 a상, b상 및 c상 코일 로 흐르는 전류를 보인 그래프이고, 도 6b 및 도 7b는 3상 BLDC 모터(410)의 토크를 보인 그래프이다.6A and 7A illustrate the a-phase, b-phase and c-phase coils of the three-phase BLDC motor 410 when the three-phase BLDC motor 410 is driven by the conventional 120 ° energization method and the 150 ° energization method of the present invention. 6B and 7B are graphs showing the torque of the three-phase BLDC motor 410.

상기 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 150° 통전방식은 180° 통전방식에 비하여 평균토크의 합은 적으나, 종래의 120° 통전방식에 비하여 높은 토크를 발생하였고, 120° 통전방식과 같이 회전자의 위치 검출이 용이하다.As can be seen from the graph, the 150 ° energizing method of the present invention has a smaller average torque than the 180 ° energizing method, but generates a higher torque than the conventional 120 ° energizing method, as in the 120 ° energizing method. It is easy to detect the position of the rotor.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.On the other hand, while the present invention has been shown and described with respect to specific preferred embodiments, various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit or field of the invention provided by the claims below It can be easily understood by those skilled in the art.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 3상 BLDC 모터를 150° 통전방식으로 구동시키는 것으로 120° 통전방식에 비하여 높은 토크를 가지고, 또한 회전자의 위치검출이 용이하므로 낮은 성능의 프로세서로 구동장치를 구성하여 3상 BLDC 모터를 구동시킬 수 있다.As described above, the present invention drives a three-phase BLDC motor in a 150 ° energized manner, and has a higher torque than a 120 ° energized manner and also facilitates the detection of the position of the rotor. Can drive a three-phase BLDC motor.

Claims (4)

스위칭 신호에 따라 스위칭 소자가 선택적으로 온 및 오프되면서 3상 전류를 출력하여 3상 BLDC 모터를 구동시키는 인버터부;An inverter unit configured to drive a three-phase BLDC motor by outputting a three-phase current while the switching element is selectively turned on and off in accordance with the switching signal; 상기 3상 BLDC 모터가 구동됨에 따라 발생되는 a상의 역기전력을 분배함과 아울러 각 상의 역기전력을 합성한 중성점 전압을 발생하는 전압 분배기;A voltage divider for distributing back electromotive force of phase a generated as the three-phase BLDC motor is driven and generating a neutral point voltage obtained by synthesizing the counter electromotive force of each phase; 상기 전압 분배기에서 분배된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 위상을 각기 지연시키는 제 1 및 제 2 위상지연기;First and second phase delayers respectively delaying phases of the counter electromotive force and the neutral point voltage of the phase a distributed by the voltage divider; 상기 제 1 및 제 2 위상 지연기에서 위상이 지연된 a상의 역기전력 및 중성점 전압의 전압 레벨을 비교하여 a상의 역기전력의 제로크로싱을 검출하는 비교기;A comparator for detecting the zero crossing of the counter electromotive force of a phase by comparing the voltage levels of the counter electromotive force and the neutral point voltage of the phase a delayed in the first and second phase retarders; 상기 비교기가 제로크로싱을 검출하는 시간에 따라 상기 3상 BLDC 모터를 150° 통전방식으로 구동시키기 위한 회전자 위치 검출신호를 발생하는 회전자 위치 검출수단; 및Rotor position detection means for generating a rotor position detection signal for driving the three-phase BLDC motor in a 150 ° energization manner according to the time when the comparator detects zero crossing; And 상기 회전자 위치 검출수단이 발생하는 회전자 위치 검출신호에 따라 스위칭 신호를 발생하여 상기 인버터부의 스위칭 소자를 150° 통전방식으로 스위칭시키는 구동 제어부로 구성된 위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치.Driving of the three-phase brushless DC motor without a position sensor composed of a drive control unit for generating a switching signal according to the rotor position detection signal generated by the rotor position detection means to switch the switching element of the inverter unit by 150 ° Device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 위상지연기는;The first phase delay unit; a상 역기전력의 위상을 75° 지연시키고,delay the phase of back-phase electromotive force by 75 °, 상기 제 2 위상지연기는;The second phase delay unit; 중성점 전압의 위상을 45° 지연시키는 것을 특징으로 하는 위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치.A drive device for a three-phase brushless DC motor without a position sensor, wherein the phase of the neutral point voltage is delayed by 45 °. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 위상지연기들 각각은;The method of claim 2 or 3, wherein each of the first and second phase delay units; 저역통과필터인 것을 특징으로 하는 위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치.A drive device for a three-phase brushless DC motor without a position sensor, characterized by a low pass filter. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 위치 검출수단은;The method of claim 1, wherein the rotor position detecting means; 상기 비교기가 출력하는 펄스신호의 고전위 기간 및 저전위 기간의 시간을 카운트하는 타이머; 및A timer for counting the times of the high potential period and the low potential period of the pulse signal output by the comparator; And 상기 타이머가 카운트한 시간을 1/6으로 분주하여 회전자 위치 검출신호로 출력하는 시간 분주기로 구성됨을 특징으로 하는 위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치.Driving apparatus for a three-phase brushless DC motor without a position sensor, characterized in that consisting of a time divider for dividing the time counted by the timer to 1/6 to output the rotor position detection signal.
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