KR102552538B1 - Apparatus and method for driving a BLDC motor using compensation of voltage - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에 장착되어 동작하는 BLDC 모터의 구동 시에 입력 전원을 모니터링하여 입력 전원이 변동되는 양 만큼 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 듀티(Duty)를 보상하여 모터에 인가되는 전압이 동일하게 유지되도록 함으로써 입력 전원의 변동량에 관계없이 일정한 전압량이 모터에 인가될 수 있도록 하는, 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치가 개시된다.
개시된 브러시리스 직류모터 구동 장치는, BLDC 모터; 상기 BLDC 모터의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위해, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부; 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 정류부에서 공급되는 DC 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 전압 검출부를 통해 검출된 전압이 변동되는 경우에, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상하는 전원 보상부; 및 상기 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 상기 인버터에 전달하여, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The present invention monitors the input power when driving a BLDC motor mounted on a vehicle and operates, and compensates for the pulse width modulation duty by the amount that the input power fluctuates so that the voltage applied to the motor is the same. Disclosed is a method and apparatus for driving a brushless DC motor using power compensation, in which a constant amount of voltage can be applied to a motor regardless of the amount of variation in input power by maintaining it.
The disclosed brushless DC motor driving device includes a BLDC motor; a rectifier for supplying DC power by rectifying and smoothing AC power to supply power required for operation of the BLDC motor; an inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into three-phase AC power (U, V, W) in a pulse form having an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor; a voltage detector for detecting the voltage of the DC power supplied from the rectifier; a power compensator for compensating with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant when the voltage detected by the voltage detector fluctuates; and a control unit that transfers a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to the inverter and controls the voltage applied to the BLDC motor to be maintained constant.

Description

전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치{Apparatus and method for driving a BLDC motor using compensation of voltage}Method and apparatus for driving a brushless DC motor using power compensation {Apparatus and method for driving a BLDC motor using compensation of voltage}

본 발명은 상전원 보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 차량에 장착되어 동작하는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터의 구동 시에 입력 전원을 모니터링하여 입력 전원이 변동되는 양 만큼 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 듀티(Duty)를 보상하여 모터에 인가되는 전압이 동일하게 유지되도록 함으로써 입력 전원의 변동량에 관계없이 일정한 전압량이 모터에 인가될 수 있도록 하는, 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for driving a brushless direct current motor using phase power compensation, and more particularly, to a method and apparatus in which input power is varied by monitoring input power when a BLDC (BrushLess Direct Current) motor installed in a vehicle and operating is driven. By compensating the pulse width modulation duty by the amount so that the voltage applied to the motor remains the same, regardless of the variation of input power, a constant amount of voltage can be applied to the motor. It relates to a method and apparatus for driving a brushless DC motor.

일반적으로, 차량 환경에서 동작하는 BLDC(BrushLess Direct Current) 모터는 AC 입력전압을 인가받아 DC 전압 정류회로를 통해 DC 전압으로 변환하여 사용하게 된다. 이때 외부에서 AC 입력전압을 AC 110V 또는 AC 220V에 상관없이 모터 구동부에 입력할 때, 정격에 맞지 않는 AC 입력이면 모터가 소손 또는 고장이 나기 때문에 모터의 정격에 따라 AC 전원을 구분하여 인가해야 한다.In general, a brushless direct current (BLDC) motor operating in a vehicle environment receives an AC input voltage and converts it into a DC voltage through a DC voltage rectifier circuit. At this time, when external AC input voltage is input to the motor driver, regardless of AC 110V or AC 220V, if the AC input does not match the rating, the motor will burn out or fail. Therefore, AC power must be applied separately according to the motor rating. .

그런데, BLDC 모터의 입력전원은 불안정한 경우가 많다. 모터의 입력전원이 불안정해지면, 모터의 출력(전류, 회전 속도 및 토크)의 불안정으로 이어진다. 특히 전류의 불안정함은 타 제품의 손상을 발생시킬 수 있으며 EMC 성능 저하의 효과도 발생할 수 있다.However, the input power of a BLDC motor is often unstable. When the input power of the motor becomes unstable, the output (current, rotational speed and torque) of the motor becomes unstable. In particular, instability of current may cause damage to other products and may also cause EMC performance degradation.

일반적인 BLDC 모터는 속도 제어를 수행하며, 지령 속도를 추종하기 위한 PI 속도 제어기가 장착되어 있다. 속도 제어기는 지령 속도와 실제 속도를 비교하여, 실제 속도가 낮으면 모터에 인가되는 전압을 높이고, 실제 속도가 높으면 모터에 인가되는 전압을 낮춘다. A general BLDC motor performs speed control and is equipped with a PI speed controller to follow the command speed. The speed controller compares the command speed with the actual speed, increases the voltage applied to the motor when the actual speed is low, and decreases the voltage applied to the motor when the actual speed is high.

이때, 전압을 높이고 낮추는 제어를 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 이용한다. 즉, 전압을 높이고자 할 경우 PWM 듀티(duty)를 증가시키고, 전압을 낮추고자 할 경우에 PWM 듀티(duty)를 감소시키는 것이다.At this time, a PWM (Pulse Width Modulation) signal is used to increase and decrease the voltage. That is, the PWM duty is increased when the voltage is to be increased, and the PWM duty is decreased when the voltage is to be decreased.

그러나, 모터에 공급할 직류 전압(Vdc)이 급변할 경우 실제로 모터에 인가되는 전압이 급변하게 된다. 모터의 전압이 급변하면 모터에 흐르는 전류도 함께 급변하게 되어 해당 제품 및 타 제품에 악영향을 초래하는 문제점이 있다.However, when the DC voltage (Vdc) to be supplied to the motor changes rapidly, the voltage actually applied to the motor changes rapidly. When the voltage of the motor changes rapidly, the current flowing through the motor also changes rapidly, causing adverse effects to the corresponding product and other products.

한국 공개특허공보 제10-2016-0097645호(공개일: 2016.08.18)Korean Patent Publication No. 10-2016-0097645 (published date: 2016.08.18)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 차량에 장착되어 동작하는 BLDC 모터의 구동 시에 입력 전원을 모니터링하여 입력 전원이 변동되는 양 만큼 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 듀티(Duty)를 보상하여 모터에 인가되는 전압이 동일하게 유지되도록 함으로써 입력 전원의 변동량에 관계없이 일정한 전압량이 모터에 인가될 수 있도록 하는, 상전원 보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치를 제공함에 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to monitor the input power when driving a BLDC motor mounted on a vehicle and operate, and to set the pulse width modulation duty by the amount that the input power fluctuates An object of the present invention is to provide a method and apparatus for driving a brushless DC motor using phase power compensation, in which a constant amount of voltage can be applied to a motor regardless of the amount of variation in input power by compensating so that the voltage applied to the motor remains the same.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치는, BLDC 모터; 상기 BLDC 모터의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위해, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부; 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 정류부에서 공급되는 DC 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부; 상기 전압 검출부를 통해 검출된 전압이 변동되는 경우에, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상하는 전원 보상부; 및 상기 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 상기 인버터에 전달하여, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.A brushless DC motor driving device according to the present invention for achieving the above object includes a BLDC motor; a rectifier for supplying DC power by rectifying and smoothing AC power to supply power required for operation of the BLDC motor; an inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into three-phase AC power (U, V, W) in a pulse form having an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor; a voltage detector for detecting a voltage of DC power supplied from the rectifier; a power compensator for compensating with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant when the voltage detected by the voltage detector fluctuates; and a control unit that transfers a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to the inverter and controls the voltage applied to the BLDC motor to be maintained constant.

또한, 상기 인버터는, 상기 DC 전원의 전압에 듀티비를 곱한 값에 해당하는 정격 전압이 상기 BLDC 모터에 인가되도록 공급할 수 있다.In addition, the inverter may supply a rated voltage corresponding to a value obtained by multiplying a voltage of the DC power supply by a duty ratio so as to be applied to the BLDC motor.

그리고, 상기 전원 보상부는, 상기 DC 전원의 전압이 변동되는 경우에, 상기 정격 전압을 상기 변동된 전압으로 나누어 보상 듀티비를 산출할 수 있다.The power compensator may calculate a duty ratio compensation by dividing the rated voltage by the changed voltage when the voltage of the DC power source is changed.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 구동 방법은, (a) 정류부가 AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 단계; (b) 전압 검출부가 상기 DC 전원의 전압을 검출하는 단계; (c) 전원 보상부가 상기 검출된 전압이 변동되는 경우에, BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상하는 단계; (d) 제어부가 상기 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 인버터에 전달하는 단계; 및 (e) 인버터가 상기 PWM 제어신호에 따라 상기 DC 전원을 상기 보상된 듀티비에 해당하는 전압의 전원으로 상기 BLDC 모터에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, a method for driving a brushless DC motor according to the present invention for achieving the above object includes: (a) rectifying and smoothing AC power by a rectifier to supply DC power; (b) detecting the voltage of the DC power by a voltage detector; (c) compensating with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant when the detected voltage is changed by a power compensator; (d) transmitting, by a control unit, a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to an inverter; and (e) supplying, by an inverter, the DC power to the BLDC motor as power having a voltage corresponding to the compensated duty ratio according to the PWM control signal.

또한, 상기 (e) 단계에서 상기 인버터는, 상기 DC 전원의 전압에 듀티비를 곱한 값에 해당하는 정격 전압이 상기 BLDC 모터에 인가되도록 공급할 수 있다.In the step (e), the inverter may supply a rated voltage corresponding to a value obtained by multiplying the voltage of the DC power supply by the duty ratio so as to be applied to the BLDC motor.

그리고, 상기 (c) 단계에서 상기 전원 보상부는, 상기 DC 전원의 전압이 변동되는 경우에, 상기 정격 전압을 상기 변동된 전압으로 나누어 상기 보상된 듀티비를 산출하여 보상할 수 있다.In the step (c), when the voltage of the DC power source is changed, the power compensator may calculate and compensate the compensated duty ratio by dividing the rated voltage by the changed voltage.

본 발명에 의하면, BLDC 모터의 입력 전압이 불안정하더라도 모터에 인가되는 전압을 일정하게 유지하게 됨에 따라 모터를 안정되게 제어할 수 있다.According to the present invention, even if the input voltage of the BLDC motor is unstable, the motor can be stably controlled by maintaining the voltage applied to the motor constant.

또한, BLDC 모터의 안정된 제어를 통해 전체적인 차량 시스템의 안정도를 높일 수 있다.In addition, stability of the overall vehicle system can be increased through stable control of the BLDC motor.

그리고, 안정된 모터 제어는 불필요한 소음을 발생시키지 않는 장점이 있다.In addition, stable motor control has the advantage of not generating unnecessary noise.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a brushless DC motor driving device according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a brushless DC motor driving device according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating an operation method for driving a brushless DC motor using power compensation according to an 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, 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 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 describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components 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 said to be "connected" to another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a certain component is said to "include", this means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

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.When a part is referred to as being “on” another part, it may be directly on top of the other part or may have other parts in between. In contrast, when a part is said to be “directly on” another part, there are no other parts in between.

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.Terms such as first, second and third are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, 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 only for referring to specific embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular forms also include the plural forms unless the phrases clearly indicate the opposite. The meaning of "comprising" as used herein specifies particular characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components, and the presence or absence of other characteristics, regions, integers, steps, operations, elements and/or components. Additions are not excluded.

"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” and “above,” may be used to more easily describe the relationship of one part to another shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use with the meaning intended in the drawings. For example, if the device in the figures is turned over, certain parts described as being “below” other parts will be described as being “above” the other parts. Thus, the exemplary term "below" includes both directions above and below. The device may rotate 90 degrees or other angles, and terms denoting 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.Although not defined differently, all terms including technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries are additionally interpreted as having meanings consistent with related technical literature and currently disclosed content, and are not interpreted in ideal or very formal meanings unless defined.

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. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a brushless DC motor driving device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치(100)는, BLDC 모터(110), 인버터(120), 제어부(130), 정류부(140), 전압 검출부(150) 및 전원 보상부(160)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a brushless DC motor driving device 100 according to the present invention includes a BLDC motor 110, an inverter 120, a controller 130, a rectifier 140, a voltage detector 150, and power compensation It includes section 160.

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 receives power from the inverter 120 to rotate the rotor to provide rotational 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 three-phase winding that generates an inductance component. That is, the BLDC motor has a structure without an insulated conductor such as a carbon brush for transmitting power, and there is a magnet on the motor shaft and a coil on the inner wall of the motor case, so that the supply of power for the motor to rotate is inside the motor that does not rotate. As it feeds the wall-mounted coil, it eliminates the need for brushes.

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. The inverter 120 converts the DC power supplied from the rectifier 140 into three-phase AC power (U, V, W) in the form of a pulse having an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor 110. That is, the inverter 120 converts the DC voltage into a three-phase AC voltage and supplies it to the BLDC motor 110 .

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.At this time, as shown in FIG. 2, each of the power switching elements Q1 to Q6 is connected to the three-phase (U, V, and W) windings of the inverter 120. That is, the inverter 120 includes a three-phase switching element, and may include, for example, an upper three-phase FET and a lower three-phase FET.

또한, 인버터(120)는, 다음 수학식1에 따라 DC 전원의 전압(VDC)에 듀티비(rD)를 곱한 값에 해당하는 정격 전압(Vz)이 BLDC 모터(110)에 인가되도록 공급할 수 있다.In addition, the inverter 120 supplies a rated voltage (Vz) corresponding to a value obtained by multiplying the voltage (V DC ) of the DC power supply by the duty ratio (r D ) according to Equation 1 below to be applied to the BLDC motor 110 can

Figure 112016126844118-pat00001
Figure 112016126844118-pat00001

수학식1에서, Vz는 정격 전압을 나타내고, VDC는 DC 전원의 전압을 나타내며, rD는 듀티비를 나타낸다.In Equation 1, Vz represents the rated voltage, V DC represents the voltage of the DC power supply, and r D represents the duty ratio.

정류부(140)는 BLDC 모터(110)의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위해, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급한다.The rectifier 140 rectifies and smoothes AC power to supply power necessary for the operation of the BLDC motor 110 to DC power.

전압 검출부(150)는 정류부에서 공급되는 DC 전원의 전압을 검출한다.The voltage detector 150 detects the voltage of DC power supplied from the rectifier.

전원 보상부(160)는 전압 검출부(150)를 통해 검출된 전압이 변동되는 경우에, BLDC 모터(110)에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상한다. When the voltage detected by the voltage detector 150 fluctuates, the power compensator 160 compensates with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor 110 is maintained constant.

즉, 전원 보상부(160)는, DC 전원의 전압이 조금이라도 변동되면, 수학식1을 이용하여 정격 전압을 변동된 전압으로 나누어 보상 듀티비를 산출할 수 있다.That is, if the voltage of the DC power source fluctuates even slightly, the power compensator 160 may calculate the duty ratio compensation by dividing the rated voltage by the fluctuated voltage using Equation 1.

제어부(130)는 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 인버터(120)에 전달하여, BLDC 모터(110)에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.The control unit 130 may transmit a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to the inverter 120 so that the voltage applied to the BLDC motor 110 is maintained constant.

한편, 제어부(130)는 BLDC 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.Meanwhile, when the BLDC motor 110 is initially driven, the control unit 130 provides the BLDC motor 110 with an alignment vector that causes the rotor to rotate in the alignment direction and a zero (0) vector that reduces the rotational speed of the rotor. It is possible to control the inverter 120 to be applied.

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.In addition, the control unit 130, when the motor 110 is in a stationary state, an alignment process of moving the rotor to a predetermined specific position, a forced drive of forcibly driving the motor by generating a rotating magnetic field in the motor in which the rotor is aligned When counter electromotive force is generated in the forcibly driven motor, the operation of the BLDC motor 110 can be controlled through a sensorless control process in which position information of the rotor is obtained using the counter electromotive force and the motor is controlled in a sensorless manner.

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.In addition, the control unit 130 turns on all three-phase switches at the top of the inverter 120 or turns on all the three-phase switches at the bottom of the inverter 120 to zero (0). The vector can be controlled to be 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.In addition, when the rotor rotates in the alignment direction by applying an alignment vector to the BLDC motor 110 through the inverter 120, the control unit 130 applies a zero vector to the BLDC motor 110 to rotate the rotor. After reducing the speed, the alignment vector is applied to the BLDC motor 110 again so that the rotational force of the rotor is generated, and the zero vector is applied to the BLDC motor 110 again to control the rotational speed of the rotor to be reduced. Rotation It will stop at the self-aligning position.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치의 회로 구성한 예를 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing an example of a circuit configuration of a brushless DC motor driving device according to an 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 DC motor starting control device 100 according to the present invention, the inverter 120 includes power switching elements FETs (Q1 to Q6) in windings of three phases (U, V, W). ) is connected. That is, the inverter 120 may use a conventional switching circuit composed of six switching elements Q1 to Q6 and a diode.

또한, 도시하지는 않았지만 BLDC 모터(110)에 공급되는 3상 교류 전원으로부터 각 상(U, V, W)의 단자전압을 검출하여 제어부(130)에 입력하는 단자전압 검출부(미도시)를 더 포함할 수 있다.In addition, although not shown, a terminal voltage detector (not shown) for detecting the terminal voltage of each phase (U, V, W) from the three-phase AC power supplied to the BLDC motor 110 and inputting the terminal voltage to the control unit 130 (not shown) is further included. can do.

제어부(130)는 단자전압 검출부에서 검출된 각 상(U, V, W)의 단자전압에 따라 역기전력의 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 회전자의 위치정보를 획득할 수 있다. The control unit 130 may obtain position information of the rotor by detecting the zero crossing point (ZCP) of the counter electromotive force according to the terminal voltages of the respective phases U, V, and W detected by the terminal voltage detection unit.

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.In addition, the control unit 130 may be implemented as a microprocessor that controls the pattern of the PWM signal supplied to the inverter 30 so that overcurrent is not supplied to the BLDC motor 110 by controlling the timing of voltage application.

PWM 신호 발생부(132)는 제어부(130)의 출력에 의해 PWM 신호의 패턴을 발생하여 인버터(120)에 공급한다.The PWM signal generating unit 132 generates a PWM signal pattern by the output of the control unit 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 연결할 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 연결할 수 있다. 그리고, 역률보상 캐패시터(C)의 용량 크기는 BLDC 모터(110)의 인덕턴스 성분의 크기와 동일하게 유지되도록 설정할 수 있다.At this time, power factor correction capacitors (not shown) may be connected in parallel to each other on a connection line between the inverter 120 and the three-phase winding of the BLDC motor 110 . That is, among the three phases at the output terminal of the inverter 120, three of the power factor correction capacitors C may be connected in parallel between the U phase and the V phase, between the V phase and the W phase, and between the W phase and the U phase, respectively. Also, the capacitance size of the power factor correction capacitor (C) may be set to be the same as that 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 a switching driving signal of each of the power switching devices Q1 to Q6 to the inverter 120 . That is, the control unit 130 controls the starting, operation and speed of the BLDC motor 110 by controlling the switching operation of each switching element Q1 to Q6 of the inverter 120 according to the user's manipulation, and each switching element A switching driving signal for switching (Q1 to Q6) is generated and applied to the inverter 120.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.3 is a flowchart illustrating an operation method for driving a brushless DC motor using power compensation according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 브러시리스 직류모터 구동 장치(100)는, 먼저, 정류부(140)가 AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급한다(S310).Referring to FIG. 3 , in the brushless DC motor driving device 100 according to the present invention, first, the rectifier 140 rectifies and smoothes AC power to supply DC power (S310).

이어, 전압 검출부(150)가 DC 전원의 전압을 검출하여 제어부(130)에 인가한다(S320).Next, the voltage detector 150 detects the voltage of the DC power source and applies it to the controller 130 (S320).

이때, 검출된 전압이 변동되는 경우에, 전원 보상부(160)는 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상한다(S330).At this time, when the detected voltage fluctuates, the power compensator 160 compensates with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant (S330).

즉, 전원 보상부(160)는, DC 전원의 전압이 조금이라도 변동되면, 수학식1을 이용해 정격 전압을 변동된 전압으로 나누어 보상된 듀티비를 산출하여 보상할 수 있다.That is, if the voltage of the DC power source fluctuates even slightly, the power compensator 160 may calculate and compensate for the compensated duty ratio by dividing the rated voltage by the fluctuated voltage using Equation 1.

이어, 제어부(130)는 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 인버터(120)에 전달한다(S340).Next, the control unit 130 transmits the PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to the inverter 120 (S340).

따라서, 인버터(120)는 PWM 제어신호에 따라 DC 전원을 보상된 듀티비에 해당하는 전압의 전원으로 BLDC 모터(110)에 공급한다(S350).Accordingly, the inverter 120 supplies DC power to the BLDC motor 110 as power of a voltage corresponding to the compensated duty ratio according to the PWM control signal (S350).

즉, 인버터(120)는, PWM 제어신호에 따라 DC 전원의 전압에 듀티비를 곱한 값에 해당하는 정격 전압이 BLDC 모터(110)에 인가되도록 공급할 수 있다.That is, the inverter 120 may supply a rated voltage corresponding to a value obtained by multiplying the voltage of the DC power supply by the duty ratio according to the PWM control signal to be applied to the BLDC motor 110 .

이때, 제어부(130)는 제로 크로싱 포인트(ZCP)를 검출하여 제로 크로싱 포인트(ZCP) 정보를 근거로 상 전환 및 BLDC 모터(110)의 회전속도를 제어하는 센서리스 운전모드를 수행할 수 있다.At this time, the control unit 130 detects the zero crossing point (ZCP) and performs a sensorless operation mode that controls the rotational speed of the BLDC motor 110 and phase switching based on the zero crossing point (ZCP) information.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 차량에 장착되어 동작하는 BLDC 모터의 구동 시에 입력 전원을 모니터링하여 입력 전원이 변동되는 양 만큼 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation) 듀티(Duty)를 보상하여 모터에 인가되는 전압이 동일하게 유지되도록 함으로써 입력 전원의 변동량에 관계없이 일정한 전압량이 모터에 인가될 수 있도록 하는, 전원보상을 이용한 브러시리스 직류모터 구동 방법 및 장치를 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, when driving a BLDC motor mounted on a vehicle and operating, the input power is monitored, and the pulse width modulation duty is compensated by the amount that the input power fluctuates to provide the motor with A method and apparatus for driving a brushless DC motor using power compensation, in which a constant amount of voltage can be applied to a motor regardless of the amount of variation in input power by keeping the applied voltage the same, 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.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting, since the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

100 : 브러시리스 직류모터 구동 장치
110 : BLDC 모터
120 : 인버터
130 : 제어부
140 : 정류부
150 : 전압 검출부
160 : 전원 보상부100: brushless DC motor driving device
110: BLDC motor
120: Inverter
130: control unit
140: rectifying unit
150: voltage detection unit
160: power compensation unit

Claims (6)

BLDC 모터;
상기 BLDC 모터의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위해, AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 정류부;
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 정류부에서 공급되는 DC 전원의 전압을 검출하는 전압 검출부;
상기 전압 검출부를 통해 검출된 전압이 변동되는 경우에, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상하는 전원 보상부; 및
상기 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 상기 인버터에 전달하여, 상기 BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 BLDC 모터의 초기 구동 시 상기 BLDC 모터에 정렬 벡터와 제로 벡터가 인가되도록 상기 인버터를 제어하고,
상기 BLDC 모터가 정지 상태인 경우, 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 상기 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 BLDC 모터를 강제로 구동시키는 강제 구동 과정 및 강제 구동된 상기 BLDC 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용하여 상기 회전자의 위치 정보를 획득하고, 센서리스로 상기 BLDC 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 상기 BLDC 모터의 동작을 제어하는 브러시리스 직류모터 구동 장치.
BLDC motor;
a rectifier for supplying DC power by rectifying and smoothing AC power to supply power required for operation of the BLDC motor;
an inverter that converts the DC power supplied from the rectifier into three-phase AC power (U, V, W) in a pulse form having an arbitrary variable frequency and supplies it to the BLDC motor;
a voltage detector for detecting the voltage of the DC power supplied from the rectifier;
a power compensator for compensating with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant when the voltage detected by the voltage detector fluctuates; and
A control unit for controlling the voltage applied to the BLDC motor to be maintained constant by transmitting a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to the inverter;
The control unit,
Controlling the inverter so that an alignment vector and a zero vector are applied to the BLDC motor when the BLDC motor is initially driven;
When the BLDC motor is in a stationary state, an alignment process of moving the rotor to a predetermined specific position, a forced driving process of forcibly driving the BLDC motor by generating a rotating magnetic field in the motor in which the rotor is aligned, and the forcibly driven When counter electromotive force is generated in the BLDC motor, the brushless DC motor driving device controls the operation of the BLDC motor through a sensorless control process in which position information of the rotor is obtained using the counter electromotive force and the BLDC motor is controlled sensorless.
 제 1 항에 있어서,
상기 인버터는, 상기 DC 전원의 전압에 듀티비를 곱한 값에 해당하는 정격 전압이 상기 BLDC 모터에 인가되도록 공급하는, 브러시리스 직류모터 구동 장치.
According to claim 1,
The inverter supplies a rated voltage corresponding to a value obtained by multiplying the voltage of the DC power by the duty ratio to be applied to the BLDC motor.
 제 2 항에 있어서,
상기 전원 보상부는, 상기 DC 전원의 전압이 변동되면, 상기 정격 전압을 상기 변동된 전압으로 나누어 보상 듀티비를 산출하는, 브러시리스 직류모터 구동 장치.
According to claim 2,
Wherein the power compensator calculates a compensation duty ratio by dividing the rated voltage by the changed voltage when the voltage of the DC power is changed.
 (a) 정류부가 AC 전원을 정류 및 평활시켜 DC 전원으로 공급하는 단계;
(b) 전압 검출부가 상기 DC 전원의 전압을 검출하는 단계;
(c) 전원 보상부가 상기 검출된 전압이 변동되는 경우에, BLDC 모터에 인가되는 전압이 일정하게 유지되도록 하는 듀티비(Duty Ratio)로 보상하는 단계;
(d) 제어부가 상기 보상된 듀티비에 해당하는 PWM 제어신호를 인버터에 전달하는 단계; 및
(e) 인버터가 상기 PWM 제어신호에 따라 상기 DC 전원을 상기 보상된 듀티비에 해당하는 전압의 전원으로 상기 BLDC 모터에 공급하는 단계를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 BLDC 모터의 초기 구동 시 상기 BLDC 모터에 정렬 벡터와 제로 벡터가 인가되도록 상기 인버터를 제어하고, 상기 BLDC 모터가 정지 상태인 경우, 회전자를 미리 정해진 특정 위치로 이동시키는 정렬 과정, 상기 회전자가 정렬된 모터에 회전 자계를 생성하여 상기 BLDC 모터를 강제로 구동시키는 강제 구동 과정 및 강제 구동된 상기 BLDC 모터에서 역기전력이 발생하면 역기전력을 이용하여 상기 회전자의 위치 정보를 획득하고, 센서리스로 상기 BLDC 모터를 제어하는 센서리스 제어 과정으로 상기 BLDC 모터의 동작을 제어하는 브러시리스 직류모터 구동 방법.
(a) rectifying and smoothing AC power by a rectifier to supply DC power;
(b) detecting the voltage of the DC power by a voltage detector;
(c) compensating with a duty ratio such that the voltage applied to the BLDC motor is maintained constant when the detected voltage is changed by a power compensator;
(d) transmitting, by a control unit, a PWM control signal corresponding to the compensated duty ratio to an inverter; and
(e) supplying, by an inverter, the DC power to the BLDC motor as power having a voltage corresponding to the compensated duty ratio according to the PWM control signal;
The control unit,
An alignment process of controlling the inverter so that an alignment vector and a zero vector are applied to the BLDC motor when the BLDC motor is initially driven, and moving the rotor to a predetermined specific position when the BLDC motor is in a stopped state, the rotor A forced driving process of forcibly driving the BLDC motor by generating a rotating magnetic field in the aligned motor, and obtaining position information of the rotor using the counter electromotive force when counter electromotive force is generated in the forcibly driven BLDC motor, and sensorless A brushless DC motor driving method for controlling the operation of the BLDC motor by a sensorless control process for controlling the BLDC motor.
 제 4 항에 있어서,
상기 (e) 단계에서 상기 인버터는, 상기 DC 전원의 전압에 듀티비를 곱한 값에 해당하는 정격 전압이 상기 BLDC 모터에 인가되도록 공급하는, 브러시리스 직류모터 구동 방법.
According to claim 4,
In the step (e), the inverter supplies a rated voltage corresponding to a value obtained by multiplying the voltage of the DC power by the duty ratio to be applied to the BLDC motor.
 제 5 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 전원 보상부는, 상기 DC 전원의 전압이 변동되면, 상기 정격 전압을 상기 변동된 전압으로 나누어 상기 보상된 듀티비를 산출하여 보상하는, 브러시리스 직류모터 구동 방법.
According to claim 5,
In the step (c), the power compensator calculates and compensates for the compensated duty ratio by dividing the rated voltage by the changed voltage when the voltage of the DC power source changes.
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