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KR-20260060662-A - DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING FLOATING OF MOTOR

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Abstract

모터 플로팅 제어장치 및 그 제어방법이 개시된다. 모터 플로팅 제어장치는, 모터의 속도가 설정속도 이상인지를 판단하는 속도 계산부; 및 상기 모터의 속도가 설정속도 이상일 때, 상기 모터의 상전압을 플로팅하여 역기전력을 측정하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는지를 판단하는 검출부를 포함하고, 상기 속도 계산부는 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치할 때, 상기 모터의 상전압의 플로팅을 해제하여 구동시킴으로써, 모터의 상전압의 플로팅을 해제하여 구동시킴으로써, 토크 리플이 거의 없어 소음이 낮다.

Inventors

  • 하재현
  • 민철
  • 최종태

Assignees

  • 주식회사 엘엑스세미콘

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (9)

  1. 모터의 속도가 설정속도 이상인지를 판단하는 속도 계산부; 및 상기 모터의 속도가 설정속도 이상일 때, 상기 모터의 상전압을 플로팅하여 역기전력을 측정하고, 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는지를 판단하는 검출부를 포함하고, 상기 속도 계산부는 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치할 때, 상기 모터의 상전압의 플로팅을 해제하여 구동시키는, 모터 플로팅 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터의 상전압의 영전류 시점에서 플로팅하여 측정된 역기전력을 기반으로 상기 모터의 현재 속도 및 회전자의 위치를 확인하여 상기 모터의 속도를 증감시키는 PWM 신호 생성부 를 더 포함하고, 상기 검출부는 상기 모터의 속도 지령이 변경되거나, 상기 모터의 상전압의 위상각이 0°인 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점의 차이가 설정값 이상인지를 판단하고, 상기 모터의 속도 지령이 변경되거나, 상기 모터의 상전압의 위상각이 0°인 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점의 차이가 설정값 이상일 때, 상기 모터의 상전압의 영전류 시점에서 플로팅하여 역기전력을 측정하고, 상기 PWM 신호 생성부는 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티가 최대치인지를 판단하고, 상기 검출부는 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티가 최대치일 때, 상기 모터의 진상각을 기반으로 전압 주기에서 위상 앞섬 동작시켜 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점의 오차를 감소시키는, 모터 플로팅 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하지 않을 때, 상기 속도 계산부가 상기 모터의 속도를 증가시킨 후 상기 검출부가 상기 모터의 상전압을 플로팅하여 역기전력을 측정하는, 모터 플로팅 제어장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 PWM 신호 생성부는 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티 및 주파수를 제어하여 속도를 증감시키는, 모터 플로팅 제어장치.
  5. 속도 계산부가 상기 모터의 속도가 설정속도 이상인지를 판단하는 단계; 상기 모터의 속도가 설정속도 이상인 경우, 검출부가 상기 모터의 상전압을 플로팅하여 역기전력을 측정하는 단계; 검출부가 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는지를 판단하는 단계; 및 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는 경우, 상기 속도 계산부가 상기 모터의 상전압의 플로팅을 해제하여 구동시키는 단계 를 포함하는, 모터 플로팅 제어방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 검출부가 상기 모터의 속도 지령이 변경되었는지, 또는 상기 모터의 상전압의 위상각이 0°인 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점의 차이가 설정값 이상인지를 판단하는 단계; 상기 모터의 속도 지령이 변경되거나, 상기 모터의 상전압의 위상각이 0°인 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점의 차이가 설정값 이상인 경우, 상기 검출부가 상기 모터의 상전압의 영전류 시점에서 플로팅하여 역기전력을 측정하는 단계; PWM 신호 생성부가 측정된 역기전력을 기반으로 상기 모터의 현재 속도 및 회전자의 위치를 확인하여 상기 모터의 속도를 증감시키는 단계; 상기 PWM 신호 생성부가 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티(Pulse Width Modulation Duty)가 최대치인지를 판단하는 단계; 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티가 최대치인 경우, 상기 검출부가 상기 모터의 진상각을 기반으로 전압 주기에서 위상 앞섬 동작시켜 역기전력의 제로 크로스 시점과 모터의 상전류의 영전류 시점의 오차를 감소시키는 단계 를 더 포함하는, 모터 플로팅 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 검출부가 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는지를 판단하는 단계; 및 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하는 경우, 상기 속도 계산부가 상기 모터의 상전압의 플로팅을 해제하여 구동시키는 단계 를 더 포함하는, 모터 플로팅 제어방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 역기전력의 제로 크로스 시점과 상기 모터의 상전류의 영전류 시점이 일치하지 않는 경우, 상기 속도 계산부가 상기 모터의 속도를 증가시키는 단계; 및 상기 검출부가 상기 모터의 상전압을 플로팅하여 역기전력을 측정하는 단계 를 더 포함하는, 모터 플로팅 제어방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 PWM 신호 생성부는 상기 모터의 펄스폭 변조 듀티 및 주파수를 제어하여 속도를 증감시키는, 모터 플로팅 제어방법.

Description

모터 플로팅 제어장치 및 그 제어방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING FLOATING OF MOTOR} 실시예는 모터 플로팅 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 최근 세탁기, 건조기 등의 가전 기기를 포함하는 다양한 전자 기기에서는 정류용 브러시를 이용하지 않아 에너지 효율이 높은 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 이용하고 있다. 이러한 BLDC 모터를 제어하는 일반적인 방식은 모터가 실제로 구동할 때에 출력되는 출력값이 모터 구동을 제어하기 위해 입력되는 지령치에 추종하도록 하는 피드백 제어 방식이다. 위와 같은 피드백 제어 방식은 모터에 인가되는 부하를 모르는 상태에서 단순히 모터의 토크 또는 속도 등을 변경하여 출력값이 지령치를 추종하도록 하기 때문에 BLDC 모터 제어의 정확성이 저하될 수 있다. 그리고, 위상지연 확인을 위해서는 상전압을 플로팅해야 하는데, 플로팅하게 되면 전류 리플이 발생하며 소음이 발생할 가능성이 많다. 또한, 전류의 최대값을 사용하기 때문에 최대치가 비슷한 경우 잘못된 기준으로 계산될 여지가 있다. 또한, 직류전류의 음전류를 측정해야 하므로, 고속일 경우에는 PWM OFF 구간이 매우 짧아 ADC의 성능문제가 발생할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상전압의 위상 대비 상전류의 제로 크로스 지연값을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터의 진상각을 기반으로 전압 주기에서 위상 앞섬 동작시켜 역기전력의 제로 크로스 시점과 모터의 상전류의 영전류 시점의 오차 감소를 나타낸 그래프이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 역기전력의 제로 크로스 시점과 모터의 상전류의 영전류 시점의 오차 감소 이후의 위상지연을 나타낸 그래프이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 플로팅 제어방법의 흐름도이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 아래에 설명되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다. 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들면, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. 시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, 또는 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소에 의해 분리되어 수행되거나, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다. 본 명세서의 '~부'는 단일 회로 또는 복수의 회로들을 통해 구현되거나 단일 장치 또는 복수의 장치들을 통해 구현될 수 있다. 본 명세서의 여러 실시예들의 각각의 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모터 구동장치의 구성을 구체적으로 나타낸 구성도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상전압의 위상 대비 상전류의 제로 크로스 지연값을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 모터 구동장치(10)는 모터(100)를 구동하기 위한 구동 회로 블록들(200, 300, 400, 500)을 포함할 수 있다. 일례로, 모터 구동장치(10)는 센서리스 BLDC 모터(100)를 구동할 수 있다. 이와 같은 모터 구동장치(10)는 모터(100)에 구동전압을 전달하는 인버터(200), 모터(100)에서 출력되는 상전압(Vu)을 감지하는 전압 감지부(110), 모터(100)에서 출력되는 상전류(Iu)를 감지하는 전류 감지부(120), 및 모터(100)를 구동하기 위하여 인버터(200)를 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서는 설명의 편의상, 전압 감지부(110)가 U상의 상전압을 감지하고, 전류 감지부(120)가 U상의 상전류를 감지하는 것으로 설명하지만, 일 실시예는 이에 한정되지 않고, 전압 감지부(110)와 전류 감지부(120)가 V상 또는 W상의 상전압과 상전류를 감지할 수도 있다. 전압 감지부(110) 및 전류 감지부(120)는 간단히 감지부(110, 120)로 표현될 수 있다. 제어부(400)에는 메모리(500)가 연결될 수 있다. 메모리(500)는 제어부(400) 외부에 구비될 수 있다. 그리고, 메모리(500)는 MCU(Micro Cotroller Unit) 또는 모터 드라이버 IC(Driver IC)와 같은 반도체 칩에 제어부(400)와 함께 내장될 수도 있다. 모터 구동장치(10)는 MCU 또는 모터 드라이버 IC일 수 있다. 이러한 메모리(500)는 EEPROM(electrically erasable and programmable read only memory)으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서 모터(100)는 도 2에서와 같이 서로 다른 상(Phase)을 갖는 3상 코일(UC, VC, WC)을 포함하는 고정자(Stator)와 영구자석을 사용하는 회전자(rotor)를 포함할 수 있다. 모터(100)의 고정자는 U상을 갖는 제1 코일(UC), V상을 갖는 제2 코일(VC), W상을 갖는 제3 코일(WC)을 포함할 수 있다. 모터(100)는 인버터(200)로부터 3상 코일(UC, VC, WC) 각각에 공급되는 구동전압에 따라 구동될 수 있다. 이때, 제1 내지 제3 코일(UC, VC, WC)에서 발생된 자기력이 모터(100)의 회전자를 회전시킬 수 있다. 인버터(200)는 모터(100)의 구동을 제어하기 위한 PWM 신호에 따라 구동전압을 생성하여 모터(100)로 공급한다. 구체적으로, 인버터(200)는 제어부(400)의 제어에 의해 제1 내지 제3 상(U, V, W) 각각을 통해 모터(100)의 3상 코일(UC, VC, WC) 각각에 제1 구동전압(VDD)을 공급하거나, 제2 구동전압(VSS)을 공급할 수 있다. 인버터(200)는 제1 및 제2 구동전압(VDD, VSS)의 공급없이 해당 코일을 플로팅시킬 수도 있다. 인버터(200)는 전원부(VDC)로부터 제1 구동전압(VDD) 및 제2 구동전압(VSS)을 공급받는다. 인버터(200)는 제어부(400)로부터 제1-1 및 제1-2 PWM(Pulse With Modulation) 신호(UP, UN), 제2-1 및 제2-2 PWM 신호(VP, VN), 제3-1 및 제3-2 PWM 신호(WP, WN)를 공급받을 수 있다. 인버터(200)는 모터(100)의 제1 코일(UC)을 구동하는 제1 구동전압(VDD)의 공급라인과 제2 전원전압(VSS)의 공급라인 사이에 직렬 접속된 제1 풀업(pull-up) 트랜지스터(Tup) 및 제1 풀다운(pull-down) 트랜지스터(Tun)를 포함할 수 있다. 인버터(200)는 모터(100)의 제2 코일(VC)을 구동하는 제1 구동전압(VDD)의 공급라인과 제2 구동전압(VSS)의 공급라인 사이에 직렬 접속된 제2 풀업 트랜지스터(Tvp) 및 제2 풀다운 트랜지스터(Tvn)를 포함할 수 있다. 인버터(200)는 모터(100)의 제3 코일(WC)을 구동하는 제1 구동전압(VDD)의 공급라인과 제2 구동전압(VSS)의 공급라인 사이에 직렬 접속된 제3 풀업 트랜지스터(Twp) 및 제3 풀다운 트랜지스터(Twn)를 포함할 수 있다. 제어부(400)는 모터(100)의 상전압 및 상전류를 감지부(110, 120)를 통하여 감지할 수 있다. 이때, 감지부(110, 120)에서 감지된 상전압과 상전류(예를 들어, Vu/Iu)는 AD 컨버터(300)를 통하여 디지털 신호로 변환되어 제어부(400)에 입력될 수 있다. 사용자가 모터(100)가 장착된 전자장치, 일례로, 가전제품을 구동할 경우, 제어부(400)는, 사용자의 지령에 의해 설정되는 목표 속도(도 3의 Target speed)에 따라 PWM 신호를 생성할 수 있다. 다시 말해서, 사용자가 전자장치의 구동 단수(작동 레벨)를 설정하거나 상위 제어단에서 구동 단수를 자동으로 설정해서 전자장치를 동작시키면, 제