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KR101803384B1 - 센서리스 비엘디씨 모터 시스템 및 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법 - Google Patents

센서리스 비엘디씨 모터 시스템 및 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법 Download PDF

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KR101803384B1
KR101803384B1 KR1020110026346A KR20110026346A KR101803384B1 KR 101803384 B1 KR101803384 B1 KR 101803384B1 KR 1020110026346 A KR1020110026346 A KR 1020110026346A KR 20110026346 A KR20110026346 A KR 20110026346A KR 101803384 B1 KR101803384 B1 KR 101803384B1
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KR
South Korea
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coil
time
voltage
motor
specific
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KR1020110026346A
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조영균
이희동
남재원
권종기
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 센서리스 비엘디씨 모터 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 센서리스 비엘디씨 모터 시스템은 제 1 내지 제 3 코일들을 포함하는 비엘디씨 모터, 특정 코일의 전압과 중성점 전압을 비교하는 비교기, 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압이 같아지고 특정 시간 후에 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들을 발생하는 모터 제어기, 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들에 응답하여 특정 코일에 전원 전압 또는 접지 전압을 공급하거나 특정 코일을 플로팅하는 3상 인버터, 그리고 특정 시간을 조절하여 비엘디씨 모터의 구동 방식을 선택하는 모드 선택기로 구성된다.

Description

센서리스 비엘디씨 모터 시스템 및 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법{SENSORLESS BLDC MORTOR SYSTEM AND DRIVING METHOD OF SENSORLESS BLDC MORTOR}
본 발명은 전기 모터에 관한 것으로, 더 상세하게는 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터 시스템 및 비엘디씨 모터의 구동 방법에 관한 것이다.
비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터는 전기자(amature)를 사용하는 고정자(stator)와 영구 자석(permanent magnet)을 사용하는 회전자(rotor)로 구성된다. 비엘디씨 모터는 회전자를 회전시키는 연속적인 회전 자계를 형성하기 위해, 전기자의 코일들에 흐르는 전류의 정류(commutation)를 수행한다. 비엘디씨 모터의 회전자의 위치와 정류 시점이 일치될 때, 회전자를 회전시키는 연속적인 회전 자계가 형성될 수 있다.
회전자의 위치를 검출하기 위한 방법으로, 홀 센서(Hall sensor)가 사용될 수 있다. 홀 센서는 자기장을 감지하여, 회전자의 영구자석의 위치를 검출할 수 있다. 그러나, 홀 센서는 고온 및 고압의 환경에 취약하고, 정확한 위치에 삽입되지 않으면 잘못된 출력 값을 출력할 수 있다.
회전자의 위치를 검출하기 위한 다른 방법으로, 센서리스(sensorless) 비엘디씨 모터 구동 회로가 사용될 수 있다. 센서리스 비엘디씨 모터 구동 회로는 비엘디씨 모터의 코일들에 형성되는 역기전력을 검출함으로써, 회전자의 영구자석의 위치를 검출한다.
본 발명의 목적은 120도 구동 방식과 150도 구동 방식을 지원하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템 및 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템은 제 1 내지 제 3 코일들을 포함하는 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터; 상기 제 1 내지 제 3 코일들 중 특정 코일의 전압과 중성점 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력하는 비교기; 상기 비교 결과에 기반하여, 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압이 같아지고 특정 시간 후에 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들을 발생하는 모터 제어기; 상기 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들에 응답하여, 상기 특정 코일에 전원 전압 또는 접지 전압을 공급하거나, 상기 특정 코일을 플로팅하는 3상 인버터; 그리고 상기 특정 시간을 조절하여 상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 선택하는 모드 선택기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 모드 선택기는 상기 비엘디씨 모터가 120도 구동 방식 및 150도 구동 방식 중 하나로 동작하도록 상기 특정 시간을 조절한다.
실시 예로서, 상기 모드 선택기는 상기 특정 시간을 상기 비엘디씨 모터의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 조절한다.
실시 예로서, 상기 모드 선택기는 상기 특정 시간을 상기 비엘디씨 모터의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 조절한다.
실시 예로서, 상기 모터 제어기는 상기 특정 코일의 전압이 증가하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 특정 시간 후에 상기 제 1 코일 제어 신호를 활성화하고, 상기 3상 인버터는 상기 제 1 코일 제어 신호의 활성화에 응답하여 상기 특정 코일에 전원 전압을 공급한다.
실시 예로서, 상기 모터 제어기는 상기 비엘디씨 모터의 120도 회전 구간에 대응하는 시간 후에 상기 특정 코일을 플로팅한다.
실시 예로서, 상기 모터 제어기는 상기 비엘디씨 모터의 150도 회전 구간에 대응하는 시간 후에 상기 특정 코일을 플로팅한다.
실시 예로서, 상기 모터 제어기는 상기 특정 코일의 전압이 감소하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 특정 시간 후에 상기 제 2 코일 제어 신호를 활성화하고, 상기 3상 인버터는 상기 제 2 코일 제어 신호의 활성화에 응답하여 상기 특정 코일에 접지 전압을 공급한다.
실시 예로서, 상기 중성점 전압은 상기 비엘디씨 모터의 중성점의 전압에 대응한다.
본 발명의 실시 예에 따른 제 1 내지 제 3 코일들을 포함하는 센서리스 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터의 구동 방법은, 상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 결정하는 단계; 상기 결정된 구동 방식에 따라, 제 1 시간과 제 2 시간을 결정하는 단계; 상기 제 1 내지 제 3 코일들 중 특정 코일의 전압과 중성점 전압이 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 전압을 공급하는 단계; 그리고 상기 특정 코일에 전압을 공급하는 단계가 수행되고 상기 제 2 시간 후에, 상기 특정 코일을 플로팅하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 특정 코일의 전압이 증가하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 전원 전압이 공급된다.
실시 예로서, 상기 특정 코일의 전압이 감소하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 접지 전압이 공급된다.
실시 예로서, 상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 결정하는 단계는 120도 구동 방식을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간을 결정하는 단계는 상기 제 1 시간을 상기 비엘디씨 모터의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하고, 상기 제 2 시간을 상기 비엘디씨 모터의 120도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하는 단계를 포함한다.
실시 예로서, 상기 비엘디씨 모터의 구동 방법을 결정하는 단계는 150도 구동 방식을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간을 결정하는 단계는 상기 제 1 시간을 상기 비엘디씨 모터의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하고, 상기 제 2 시간을 상기 비엘디씨 모터의 150도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 결정된 구동 방식에 따라 코일에 전압을 공급하는 타이밍과 코일을 플로팅하는 타이밍이 가변된다. 따라서, 120도 구동 방식과 150도 구동 방식을 지원하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템 및 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비엘디씨 모터의 구동 방법을 보여주는 순서도이다.
도 3은 제 1 시간과 제 2 시간을 결정하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 150도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터 시스템이 동작하는 방법을 보여주는 타이밍도이다.
도 5는 150도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터의 제 1 내지 제 3 코일들의 전원들을 보여주는 테이블이다.
도 6은 제 1 내지 제 3 코일들의 역기전력들과 그에 따른 모터 제어기의 출력 신호들을 보여주는 타이밍도이다.
도 7은 120도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터 시스템이 동작하는 방법을 보여주는 타이밍도이다.
도 8은 120도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터의 제 1 내지 제 3 코일들의 전원을 보여주는 테이블이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템을 보여준다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터 시스템(100)을 보여준다. 도 1을 참조하면, 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100)은 비엘디씨 모터(110), 3상 인버터(120), 비교기(140), 모터 제어기(150), 그리고 모드 선택기(160)를 포함한다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)는 전기자(amature)를 사용하는 고정자(stator)와 영구 자석(permanent magnet)을 사용하는 회전자(rotor)로 구성된다. 예시적으로, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 고정자가 도 1에 도시되어 있고, 회전자는 생략되어 있다. 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 고정자는 서로 다른 상(phase)을 갖는 복수의 코일들을 포함한다. 예를 들어, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 고정자는 U 상을 갖는 제 1 코일(CU), V 상을 갖는 제 2 코일(CV), 그리고 W 상을 갖는 제 3 코일(CW)을 포함할 수 있다.
3상 인버터(120)는 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 세 개의 코일들(CU, CV, CW)에 각각 전원을 공급하도록 구성된다. 3상 인버터(120)는 제 1 노드(U)를 통해 제 1 코일(CU)에 전원을 공급하고, 제 2 노드(V)를 통해 제 2 코일(CV)에 전원을 공급하고, 그리고 제 3 노드(W)를 통해 제 3 코일(CW)에 전원을 공급할 수 있다.
3상 인버터(120)는 모터 제어기(150)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 3상 인버터(120)는 모터 제어기(150)로부터 제 1_U 및 제 2_U 신호들(US1, US2), 제 1_V 및 제 2_V 신호들(VS1, VS2), 그리고 제 1_W 및 제 2_W 신호들(WS1, WS2)을 수신할 수 있다. 수신된 신호들(US1, US2, VS1, VS2, WS1, WS2)에 응답하여, 3상 인버터(120)는 제 1 내지 제 3 노드들(U, V, W)을 통해 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW) 각각에 전원 전압(VDD)을 공급하거나, 접지 전압(VSS)을 공급하거나, 또는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW) 각각을 플로팅할 수 있다.
3상 인버터(120)는 복수의 트랜지스터들(TU1, TU2, TV1, TV2, TW1, TW2)을 포함할 수 있다. 제 1_U 및 제 2_U 트랜지스터들(TU1, TU2)은 전원 전압(VDD)이 공급되는 단자와 접지 전압(VSS)이 공급되는 단자 사이에 직렬 연결된다. 제 1_U 및 제 2_U 트랜지스터들(TU1, TU2) 사이의 노드는 제 1 노드(U)를 통해 제 1 코일(CU)과 연결된다. 제 1_U 트랜지스터(TU1)가 턴-온 되면 제 1 코일(CU)에 전원 전압(VDD)이 공급되고, 제 2_U 트랜지스터(TU2)가 턴-온 되면 제 1 코일(CU)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 제 1_U 및 제 2_U 트랜지스터들(TU1, TU2)이 모두 턴-오프 되면 제 1 코일(CU)은 플로팅된다.
제 1_V 및 제 2_V 트랜지스터들(TV1, TV2)은 전원 전압(VDD)이 공급되는 단자와 접지 전압(VSS)이 공급되는 단자 사이에 직렬 연결된다. 제 1_V 및 제 2_V 트랜지스터들(TV1, TV2) 사이의 노드는 제 2 노드(V)를 통해 제 2 코일(CV)과 연결된다. 제 1_V 및 제 2_V 트랜지스터들(TV1, TV2)에 의해 제 2 코일(CV)에 전원 전압(VDD)이 공급되거나, 접지 전압(VSS)이 공급되거나, 또는 제 2 코일(CV)이 플로팅될 수 있다.
제 1_W 및 제 2_W 트랜지스터들(TW1, TW2)은 전원 전압(VDD)이 공급되는 단자와 접지 전압(VSS)이 공급되는 단자 사이에 직렬 연결된다. 제 1_W 및 제 2_W 트랜지스터들(TW1, TW2) 사이의 노드는 제 3 노드(W)를 통해 제 3 코일(CW)과 연결된다. 제 1_W 및 제 2_W 트랜지스터들(TW1, TW2)에 의해 제 3 코일(CW)에 전원 전압(VDD)이 공급되거나, 접지 전압(VSS)이 공급되거나, 또는 제 3 코일(CW)이 플로팅될 수 있다.
비교기(140)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW) 및 중성점 전압(VN)을 수신한다. 비교기(140)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW) 각각과 중성점 전압(VN)을 비교한다. 비교 결과에 따라, 비교기(140)는 비교 결과(CR)를 출력한다.
모터 제어기(150)는 비교기(140)로부터 비교 결과(CR)를 수신하고, 모드 선택기로부터 제 1 시간 정보(TI1)와 제 2 시간 정보(TI2)를 수신한다. 모터 제어기(150)는 제 1 및 제 2 시간 정보들(TI1, TI2) 및 비교 결과(CR)에 기반하여 제 1_U 및 제 2_U 신호들(US1, US2), 제 1_V 및 제 2_V 신호들(VS1, VS2), 그리고 제 1_W 및 제 2_W 신호들(WS1, WS2)을 제어할 수 있다.
제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW) 중 특정 전압이 증가하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 정보(TI1)에 대응하는 시간(이하에서, 제 1 시간) 후에, 모터 제어기(150)는 제 1_U 신호(US1), 제 1_V 신호(VS1), 그리고 제 1_W 신호(WS1) 중 특정 전압에 대응하는 신호를 활성화할 수 있다. 특정 전압에 대응하는 신호가 활성화되고 제 2 시간 정보(TI2)에 대응하는 시간(이하에서, 제 2 시간) 후에, 모터 제어기(150)는 특정 전압에 대응하는 코일을 플로팅할 수 있다.
제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW) 중 특정 전압이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 2_U 신호(US2), 제 2_V 신호(VS2), 그리고 제 2_W 신호(WS2) 중 특정 전압에 대응하는 신호를 활성화할 수 있다. 특정 전압에 대응하는 신호가 활성화되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 특정 전압에 대응하는 코일을 플로팅할 수 있다.
예를 들어, 제 1 코일(CU)의 전압(VU)이 증가하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 1_U 신호(US1)를 활성화할 수 있다. 제 2 코일(CV)의 전압(VV)이 증가하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 1_V 신호(VS1)를 활성화할 수 있다. 제 3 코일(CW)의 전압(VW)이 증가하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 1_W 신호(WS1)를 활성화할 수 있다.
제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW) 중 특정 전압이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 정보(TI1)에 대응하는 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 2_U 신호(US2), 제 2_V 신호(VS2), 그리고 제 2_W 신호(WS2) 중 특정 전압에 대응하는 신호를 활성화할 수 있다.
예를 들어, 제 1 코일(CU)의 전압(VU)이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 2_U 신호(US2)를 활성화할 수 있다. 제 2 코일(CV)의 전압(VV)이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 2_V 신호(VS2)를 활성화할 수 있다. 제 3 코일(CW)의 전압(VW)이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 2_W 신호(WS2)를 활성화할 수 있다.
특정 전압에 대응하는 신호가 활성화되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 특정 전압에 대응하는 코일을 플로팅할 수 있다.
예를 들어, 제 1_U 신호(US1) 또는 제 2_U 신호(US2)가 활성화되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 U 코일(CU)을 플로팅할 수 있다. 제 1_V 신호(VS1) 또는 제 2_V 신호(VS2)가 활성화되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 V 코일(CV)을 플로팅할 수 있다. 제 1_W 신호(WS1) 또는 제 2_W 신호(WS2)가 활성화되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 제 W 코일(CW)을 플로팅할 수 있다.
즉, 모터 제어기(150)는 비교 결과(CR)와 제 1 및 제 2 시간 정보(TI1, TI2)에 기반하여, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 코일들(CU, CV, CW)에 접지 전압(VSS) 또는 전원 전압(VDD)을 공급하거나 플로팅하도록 3상 인버터(120)를 제어할 수 있다.
모드 선택기(160)는 제 1 시간 정보(TI1)와 제 2 시간 정보(TI2)를 출력한다. 예시적으로, 센서리스 비엘디씨 모터(110)를 120도 동작 모드로 제어할 때, 모드 선택기(160)는 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 제 1 시간 정보(TI1)를 조절하고, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 회전 구간에 대응하는 시간으로 제 2 시간 정보(TI2)를 조절할 수 있다. 조절된 제 1 및 제 2 시간 정보(TI1, TI2)에 응답하여, 모터 제어기(150)는 센서리스 비엘디씨 모터(120)를 120도 동작 모드로 제어할 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)를 150도 동작 모드로 제어할 때, 모드 선택기(160)는 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 제 1 시간 정보(TI1)를 조절하고, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 150도 회전 구간에 대응하는 시간으로 제 2 시간 정보(TI2)를 조절할 수 있다. 조절된 제 1 및 제 2 시간 정보(TI1, TI2)에 응답하여, 모터 제어기(150)는 센서리스 비엘디씨 모터(120)를 150도 동작 모드로 제어할 수 있다.
모드 선택기(160)는 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 특정 코일이 플로팅되는 구간이 존재하도록, 제 1 시간 정보(TI1)와 제 2 시간 정보(TI2)를 조절할 수 있다. 조절된 제 1 및 제 2 시간 정보(TI1, TI2)에 응답하여, 모터 제어기(150)는 센서리스 비엘디씨 모터(120)를 임의의 각도의 동작 모드로 제어할 수 있다.
예시적으로, 비교기(140)는 센서리스 비엘디씨 모터(110)로부터 중성점 전압(VN)을 수신하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 비교기(140)는 센서리스 비엘디씨 모터(110) 외의 다른 구성 요소로부터 중성점 전압(VN)을 수신할 수 있다. 예를 들어, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 중성점 전압(VN)에 대응하는 전압을 발생하는 전압 발생기(미도시)가 제공되고, 전압 분주기 및 필터(130)는 전압 발생기로부터 중성점 전압(VN)을 수신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 비엘디씨 모터(110)의 구동 방법을 보여주는 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, S110 단계에서, 비엘디씨 모터(110)의 구동 방식이 결정된다. 예를 들어, 모드 선택기(160)는 120도 구동 방식 및 150도 구동 방식 중 하나를 선택할 수 있다. 모드 선택기(160)는 120도 구동 방식 및 150도 구동 방식 외의 다른 구동 방식을 선택할 수 있다.
S120 단계에서, 결정된 구동 방식에 따라 제 1 시간과 제 2 시간이 결정된다. 제 1 시간은 비엘디씨 모터(110)의 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)이 중성점 전압(VN)과 같아진 후 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전압이 공급될 때까지의 시간을 가리킨다. 제 2 시간은 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전원이 공급된 후 플로팅될 때까지의 시간을 가리킨다.
결정된 구동 방식이 120도 구동 방식일 때, 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 30도 회전 구간에 대응하고 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 회전 구간에 대응할 수 있다. 결정된 구동 방식이 150도 구동 방식일 때, 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 15도 회전 구간에 대응하고 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 150도 회전 구간에 대응할 수 있다.
모드 선택기(160)는 결정된 동작 모드에 따라 제 1 시간 정보(TI1)와 제 2 시간 정보(TI2)를 조절하고, 조절된 제 1 시간 정보(TI1)와 제 2 시간 정보(TI2)를 모터 제어기(150)에 전송할 수 있다.
S130 단계에서, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)과 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전압이 공급된다.
특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)과 중성점 전압(VN)이 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 대응하는 제 1 신호(US1, VS1, 또는 WS1) 또는 제 2 신호(US2, VS2, 또는 WS2)를 활성화할 수 있다.
예를 들어, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)이 증가하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 대응하는 제 1 신호(US1, VS1, 또는 WS1)를 활성화할 수 있다. 제 1 신호(US1, VS1, 또는 WS1)가 활성화되면, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전원 전압(VDD)이 공급된다.
특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)이 감소하여 중성점 전압(VN)과 같아지고 제 1 시간 후에, 모터 제어기(150)는 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 대응하는 제 2 신호(US2, VS2, 또는 WS2)를 활성화할 수 있다. 제 2 신호(US2, VS2, 또는 WS2)가 활성화되면, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 접지 전압(VSS)이 공급된다.
S140 단계에서, 제 2 시간 후에 특정 코일이 플로팅된다. 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전압이 공급되고 제 2 시간 후에, 모터 제어기(150)는 S130 단계에서 활성화된 신호를 비활성화할 수 있다. 이때, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)은 플로팅될 수 있다.
도 3은 제 1 시간과 제 2 시간을 결정하는 방법을 보여주는 순서도이다. 도 3을 참조하면, S210 단계에서, 150도 구동 방식이 결정되는지 판별된다. 150도 구동 방식이 결정되면, S220 단계에서 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정되고, 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 150도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정된다.
150도 구동 방식으로 결정되지 않으면, S230 단계에서, 120도 구동 방식인지 결정된다. 120도 구동 방식으로 결정되면, S240 단계에서 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정되고, 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정된다.
120도 구동 방식으로 결정되지 않으면, S250 단계에서, 임의의 구동 방식이 결정되고, 임의의 구동 방식에 맞게 제 1 시간과 제 2 시간이 결정될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)은 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure 112011021602186-pat00001
여기에서, LU는 제 1 코일(CU)의 인덕턴스, RU는 제 1 코일(CU)의 저항, 그리고 IU는 제 1 코일(CU)을 흐르는 전류이다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 2 코일(CU)의 역기전력(EV)은 수학식 2로 정의될 수 있다.
Figure 112011021602186-pat00002
여기에서, LV는 제 2 코일(CV)의 인덕턴스, RV는 제 2 코일(CV)의 저항, 그리고 IV는 제 2 코일(CV)을 흐르는 전류이다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)은 수학식 3으로 정의될 수 있다.
Figure 112011021602186-pat00003
여기에서, LW는 제 3 코일(CW)의 인덕턴스, RW는 제 3 코일(CW)의 저항, 그리고 IW는 제 3 코일(CW)을 흐르는 전류이다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)이 플로팅 상태일때, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)을 통해 흐르는 전류는 존재하지 않는다. 따라서, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 역기전력(EU, EV, 또는 EW)은 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)과 중성점 전압(VN)의 차이로부터 계산될 수 있다. 예를 들어, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 전압(VU, VV, 또는 VW)과 중성점 전압(VN)이 같을 때, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 역기전력(EU, EV, 또는 EW)은 0일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100) 및 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 구동 방법은 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 역기전력이 0인 시점에 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)이 플로팅 상태가 되도록 제어한다. 따라서, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 역기전력(EU, EV, 또는 EW)이 0이 되는 시점이 간단하게 판별될 수 있고, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전원을 공급하는 시점이 간단하게 판별될 수 있다.
도 4는 150도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100)이 동작하는 방법을 보여주는 타이밍도이다. 도 5는 150도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전원을 보여주는 테이블이다. 150도 구동 방식에서, 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 설정되고, 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 150도 회전 구간에 대응하는 시간으로 설정될 수 있다.
예시적으로, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하여 제 2 코일(CV)의 동작이 설명된다. 제 1 및 제 3 코일들(CU, CW)의 동작들은 제 2 코일(CV)과 마찬가지로 수행될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 0도 내지 30도의 회전 구간은 제 1 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 1 동작 단계에서, 제 1_U 신호(US1)는 로직 하이이고 제 2_U 신호(US2)는 로직 로우이다. 따라서, 제 1 코일(CU)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 제 1_V 신호(VS1)는 로직 로우이고 제 2_V 신호(VS2)는 로직 하이이다. 따라서, 제 2 코일(CV)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 제 1_W 신호(WS1)는 로직 하이이고 제 2_W 신호(WS2)는 로직 로우이다. 따라서, 제 3 코일(CW)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 전류는 제 1 코일(CU) 및 제 3 코일(CW)로부터 제 2 코일(CV)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 30도 내지 60도의 회전 구간은 제 2 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 2 동작 단계에서, 제 1_W 신호(WS1)는 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 3 코일(CW)은 플로팅된다. 전류는 제 1 코일(CU)로부터 제 2 코일(CV)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 60도 내지 90도의 회전 구간은 제 3 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 3 동작 단계에서, 제 2_W 신호(WS2)는 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 3 코일(CW)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 전류는 제 1 코일(CU)로부터 제 2 및 제 3 코일들(CV, CW)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 90도 내지 120도의 회전 구간은 제 4 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 4 동작 단계에서, 제 2_V 신호(VS2)는 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)은 플로팅된다. 전류는 제 1 코일(CU)로부터 제 3 코일(CW)로 흐른다.
제 2 코일(CV)이 플로팅 상태이므로, 제 2 코일(CV)의 역기전력은 제 2 코일(CV)의 전압(VV)과 중성점 전압(VN)의 차이(VVN)일 수 있다. 제 2 코일(CV)이 플로팅 상태일 때, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 음의 값으로부터 0을 지나 양의 값으로 변화한다.
제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0에 도달한 후 제 1 시간, 즉 15도에 대응하는 시간이 경과할 때, 제 1_V 신호(VS1)가 활성화된다. 제 4 동작 구간이 90도 내지 120도이고, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0에 도달하는 시간이 105도에 대응하는 시점이므로, 제 1_V 신호(VS1)는 120도에 활성화될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 내지 150도의 회전 구간은 제 5 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 5 동작 단계에서, 제 1_V 신호(VS1)가 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 전류는 제 1 및 제 2 코일들(CU, CV)로부터 제 3 코일(CW)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 150도 내지 180도의 회전 구간은 제 6 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 6 동작 단계에서, 제 1_U 신호(US1)가 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 1 코일(CU)은 플로팅된다. 전류는 제 2 코일(CV)로부터 제 3 코일(CW)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 180도 내지 210도의 회전 구간은 제 7 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 7 동작 단계에서, 제 2_U 신호(US2)가 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 1 코일(CU)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 전류는 제 2 코일(CV)로부터 제 1 및 제 3 코일들(CU, CW)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 210도 내지 240도의 회전 구간은 제 8 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 8 동작 단계에서, 제 2_W 신호(WS2)가 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 3 코일(CW)은 플로팅된다. 전류는 제 2 코일(CV)로부터 제 1 코일(CU)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 240도 내지 270도의 회전 구간은 제 9 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 9 동작 단계에서, 제 1_W 신호(WS1)가 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 3 코일(CW)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 전류는 제 2 및 제 3 코일들(CV, CW)로부터 제 1 코일(CU)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 270도 내지 300도의 회전 구간은 제 10 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 1_V 신호(VS1)는 120도 시점에서 활성화된다. 120도 시점으로부터 제 2 시간에 대응하는 150도가 경과한 후, 제 1_V 신호(VS1)는 비활성화될 수 있다. 즉, 제 10 동작 단계에서, 제 1_V 신호(VS1)는 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)은 플로팅된다. 전류는 제 3 코일(CW)로부터 제 1 코일(CU)로 흐른다.
제 2 코일(CV)이 플로팅 상태이므로, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 제 2 코일(CV)의 전압(VV)과 중성점 전압(VN)의 차이(VVN)일 수 있다. 제 2 코일(CV)이 플로팅 상태일 때, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 양의 값으로부터 0을 지나 음의 값으로 변화한다.
제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0에 도달한 후 제 1 시간, 즉 15도에 대응하는 시간이 경과할 때, 제 2_V 신호(VS2)가 활성화된다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0에 도달하는 시간이 285도에 대응하는 시점이므로, 제 2_V 신호(VS2)는 300도에 활성화될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 300도 내지 330도의 회전 구간은 제 11 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 11 동작 단계에서, 제 2_V 신호(VS2)가 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 전류는 제 3 코일(CW)로부터 제 1 및 제 2 코일들(CU, CV)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 330도 내지 360도의 회전 구간은 제 12 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 12 동작 단계에서, 제 2_U 신호(US2)가 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 1 코일(CU)은 플로팅된다. 전류는 제 3 코일(CW)로부터 제 2 코일(CV)로 흐른다.
상술된 바와 같이, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0을 통과하는 시점에 제 2 코일(CV)은 플로팅 상태로 유지된다. 따라서, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 0이 되는 시점이 간단하게 검출될 수 있다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 상승하여 0이 되면, 15도에 대응하는 시간 후에 150도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스가 제 2 코일(CV)에 공급된다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 감소하여 0이 되면, 15도에 대응하는 시간 후에 150도의 유효 구간을 갖는 접지 전압(VSS)의 펄스가 제 2 코일(CV)에 공급된다.
마찬가지로, 제 1 코일(CU)과 제 3 코일(CW)이 제어될 수 있다. 제 1 코일(CU)이 플로팅되는 제 6 동작 단계와 제 12 동작 단계에서, 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)은 제 1 코일(CU)의 전압(VU)과 중성점 전압(VN)의 차이일 수 있다. 따라서, 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)이 0이 되는 시점이 간단하게 판별될 수 있다. 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)이 0이된 후 15도에 대응하는 시간이 경과하면, 제 1 코일(CU)에 150도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 공급될 수 있다.
제 3 코일(CW)이 플로팅되는 제 2 동작 단계와 제 8 동작 단계에서, 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)은 제 3 코일(CW)의 전압(VW)과 중성점 전압(VN)의 차이일 수 있다. 따라서, 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)이 0이 되는 시점이 간단하게 판별될 수 있다. 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)이 0이된 후 15도에 대응하는 시간이 경과하면, 제 3 코일(CW)에 150도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 공급될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 역기전력들(EU, EV, EW)이 0이 되는 시점은 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)과 중성점 전압(VN)의 차이에 따라 간단하게 판별될 수 있다. 15도에 대응하는 시간이 경과한 후에, 150도에 대응하는 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)에 공급될 수 있다. 따라서, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 회전자를 회전시키는 연속적인 회전 자계가 형성될 수 있다.
도 6은 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 역기전력들(EU, EV, EW)과 그에 따른 모터 제어기(150)의 출력 신호들을 보여주는 타이밍도이다. 모터 제어기(150)의 출력 신호들의 파형, 동작 단계들, 그리고 각도들은 도 4에 도시된 바와 동일하다.
도 6을 참조하면, 제 6 동작 단계의 165도 시점에서 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)이 하강하여 0에 도달한다. 이후 15도에 대응하는 시간이 경과한 180도 시점에, 제 2_U 신호(US2)가 활성화된다. 제 12 동작 단계의 345도 시점에서 제 1 코일(CU)의 역기전력(EU)이 상승하여 0에 도달한다. 이후 15도에 대응하는 시간이 경과한 360도 시점에, 제 1_U 신호(US1)가 활성화된다.
제 4 동작 단계의 105도 시점에서, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 상승하여 0에 도달한다. 이후 15도가 경과한 120도 시점에, 제 1_V 신호(VS1)가 활성화된다. 제 10 동작 단계의 285도 시점에서, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)이 하강하여 0에 도달한다. 이후 15도가 경과한 300도 시점에서, 제 2_V 신호(VS2)가 활성화된다.
제 2 동작 단계의 45도 시점에서, 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)이 하강하여 0에 도달한다. 이후 15도가 경과한 60도 시점에서, 제 2_W 신호(WS2)가 활성화된다. 제 8 동작 단계의 225도 시점에서, 제 3 코일(CW)의 역기전력(EW)이 상승하여 0에 도달한다. 이후 15도가 경과한 240도 시점에서, 제 1_W 신호(WS1)가 활성화된다.
활성화된 신호는 150도가 경과한 후에 비활성화된다.
도 7은 120도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100)이 동작하는 방법을 보여주는 타이밍도이다. 도 8은 120도 구동 방식에서 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전원을 보여주는 테이블이다. 150도 구동 방식에서, 제 1 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 설정되고, 제 2 시간은 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 회전 구간에 대응하는 시간으로 설정될 수 있다.
예시적으로, 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하여 제 2 코일(CV)의 동작이 설명된다. 제 1 및 제 3 코일들(CU, CW)의 동작들은 제 2 코일(CV)과 마찬가지로 수행될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 0도 내지 60도의 회전 구간은 제 1 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 1 동작 단계에서, 제 1_U 신호(US1)는 로직 하이이고 제 2_U 신호(US2)는 로직 로우이다. 따라서, 제 1 코일(CU)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 제 1_V 신호(VS1)는 로직 로우이고 제 2_V 신호(VS2)는 로직 하이이다. 따라서, 제 2 코일(CV)에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 제 1_W 신호(WS1)는 로직 로우이고 제 2_W 신호(WS2)는 로직 로우이다. 따라서, 제 3 코일(CW)은 플로팅된다. 전류는 제 1 코일(CU)로부터 제 2 코일(CV)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 60도 내지 120도의 회전 구간은 제 2 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 2 동작 단계에서, 제 2_V 신호(VS1)는 로직 로우로 천이한다. 제2_W 신호(WS2)는 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)은 플로팅되고 제 3 코일에 접지 전압(VSS)이 공급된다. 전류는 제 1 코일(CU)로부터 제 3 코일(CW)로 흐른다.
제 2 코일(CV)이 플로팅 상태이므로, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 제 2 코일(CV)의 전압(VV)과 중성점 전압(VN)의 차이(VVN)일 수 있다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 음의 값으로부터 0을 지나 양의 값으로 변화한다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 90도 시점에서 0에 도달한다. 따라서, 90도 시점으로부터 제 1 시간, 즉 30도에 대응하는 시간이 경과한 120도 시점에서, 제 2 코일(CV)에 전원 전압(VDD)을 공급하는 제 1_V 신호(VS1)가 활성화된다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 120도 내지 180도의 회전 구간은 제 3 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 3 동작 단계에서, 제 1_U 신호(US1)는 로직 로우로 천이하고, 제 1_V 신호(VS1)는 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 1 코일(CU)은 플로팅되고 제 2 코일(CV)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 전류는 제 2 코일(CV)로부터 제 3 코일(CW)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 180도 내지 240도의 회전 구간은 제 4 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 4 동작 단계에서, 제 2_U 신호(US2)는 로직 하이로 천이하고, 제 2_W 신호(WS2)는 로직 로우로 천이한다. 따라서, 제 1 코일(CU)에 접지 전압(VSS)이 공급되고 제 3 코일(CW)은 플로팅된다. 전류는 제 2 코일(CV)로부터 제 1 코일(CU)로 흐른다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 240도 내지 300도의 회전 구간은 제 5 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 5 동작 단계에서, 제 1_V 신호(VS1)는 로직 로우로 천이하고, 제 1_W 신호(WS1)는 로직 하이로 천이한다. 따라서, 제 2 코일(CV)은 플로팅되고 제 3 코일(CW)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 전류는 제 3 코일(CW)로부터 제 1 코일(CU)로 흐른다.
제 2 코일(CV)이 플로팅 상태이므로, 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 제 2 코일(CV)의 전압(VV)과 중성점 전압(VN)의 차이(VVN)일 수 있다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 양의 값으로부터 0을 지나 음의 값으로 변화한다. 제 2 코일(CV)의 역기전력(EV)은 270도 시점에서 0에 도달한다. 따라서, 270도 시점으로부터 제 1 시간, 즉 30도에 대응하는 시간이 경과한 300도 시점에, 제 2 코일(CV)에 접지 전압(VSS)을 공급하는 제 2_V 신호(VS2)가 활성화된다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 300도 내지 360도의 회전 구간은 제 6 동작 단계를 구성할 수 있다. 제 6 동작 단계에서, 제 2_U 신호(US2)에 접지 전압(VSS)이 공급되고, 제 2_V 신호(VS2)에 전원 전압(VDD)이 공급된다. 따라서, 제 1 코일(CU)은 플로팅되고 제 2 코일(CV)에 접지 전압(VSS)이 공급된다.
상술된 바와 같이, 제 2 코일(CV)의 역기전력이 0을 통과하는 시점에 제 2 코일(CV)은 플로팅 상태로 유지된다. 따라서, 제 2 코일(CV)의 역기전력이 0이 되는 시점이 간단하게 검출될 수 있다. 제 2 코일(CV)의 역기전력이 상승하여 0이 되면, 30도에 대응하는 시간 후에 120도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스가 제 2 코일(CV)에 공급된다. 제 2 코일(CV)의 역기전력이 감소하여 0이 되면, 30도에 대응하는 시간 후에 120도의 유효 구간을 갖는 접지 전압(VSS)의 펄스가 제 2 코일(CV)에 공급된다.
마찬가지로, 제 1 코일(CU)과 제 3 코일(CW)이 제어될 수 있다. 제 1 코일(CU)이 플로팅되는 제 3 동작 단계와 제 6 동작 단계에서, 제 1 코일(CU)의 역기전력은 제 1 코일(CU)의 전압(VU)과 중성점 전압(VN)의 차이일 수 있다. 따라서, 제 1 코일(CU)의 역기전력이 0이 되는 시점이 간단하게 판별될 수 있다. 제 1 코일(CU)의 역기전력이 0이된 후 30도에 대응하는 시간이 경과하면, 제 1 코일(CU)에 120도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 공급될 수 있다.
제 3 코일(CW)이 플로팅되는 제 1 동작 단계와 제 4 동작 단계에서, 제 3 코일(CW)의 역기전력은 제 3 코일(CW)의 전압(VW)과 중성점 전압(VN)의 차이일 수 있다. 따라서, 제 3 코일(CW)의 역기전력이 0이 되는 시점이 간단하게 판별될 수 있다. 제 3 코일(CW)의 역기전력이 0이된 후 30도에 대응하는 시간이 경과하면, 제 3 코일(CW)에 150도의 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 공급될 수 있다.
센서리스 비엘디씨 모터(110)의 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 역기전력이 0이 되는 시점은 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)과 중성점 전압(VN)의 차이에 따라 간단하게 판별될 수 있다. 30도에 대응하는 시간이 경과한 후에, 120도에 대응하는 유효 구간을 갖는 전원 전압(VDD)의 펄스 또는 접지 전압(VSS)의 펄스가 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)에 공급될 수 있다. 따라서, 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 회전자를 회전시키는 연속적인 회전 자계가 형성될 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100) 및 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 구동 방법에 따르면, 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)의 역기전력이 0이 되는 시점이 간단하게 검출될 수 있다. 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)에 전원 전압(VDD) 또는 접지 전압(VSS)을 인가할 때까지의 시간인 제 1 시간, 그리고 특정 코일(CU, CV, 또는 CW)을 플로팅할 때까지의 제 2 시간을 조절함으로써, 120도 구동 방식 및 150도 구동 방식을 지원하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100) 및 센서리스 비엘디씨 모터(110)의 구동 방법이 제공된다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(200)을 보여준다. 도 1을 참조하여 설명된 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(100)과 비교하면, 센서리스 비엘디씨 모터 시스템(200)은 전압 분주기 및 필터(230)를 더 포함한다.
전압 분주기 및 필터(230)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)을 수신한다. 전압 분주기 및 필터(230)는 센서리스 비엘디씨 모터(210)의 중성점(neutral point) 전압(VN)을 수신한다. 전압 분주기 및 필터(230)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)과 중성점 전압(VN)을 비교기(240)에서 비교 가능한 레벨로 분주할 수 있다. 전압 분주기 및 필터(230)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)과 중성점 전압(VN)의 노이즈를 필터링할 수 있다. 분주되고 필터링된 전압들은 비교기(240)로 전달된다.
비교기(240)는 제 1 내지 제 3 코일들(CU, CV, CW)의 전압들(VU, VV, VW)과 중성점 전압(VN)이 필터링되고 분주된 전압들을 서로 비교할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200; 센서리스 비엘디씨 모터 시스템
110, 210; 센서리스 비엘디씨 모터
120, 220; 3상 인버터 230; 전압 분주기 및 필터
140, 240; 비교기 150, 250; 모터 제어기
160, 260; 모드 선택기

Claims (14)

  1. 제 1 내지 제 3 코일들을 포함하는 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터;
    상기 제 1 내지 제 3 코일들 중 특정 코일의 전압과 중성점 전압을 비교하고, 비교 결과를 출력하는 비교기;
    상기 비교 결과에 기반하여, 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압이 같아지고 특정 시간 후에 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들을 발생하는 모터 제어기;
    상기 제 1 및 제 2 코일 제어 신호들에 응답하여, 상기 특정 코일에 전원 전압 또는 접지 전압을 공급하거나, 상기 특정 코일을 플로팅하는 3상 인버터; 그리고
    상기 특정 시간을 조절하여 상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 선택하는 모드 선택기를 포함하고, 상기 중성점은 상기 제1 내지 제3 코일들이 공통으로 연결되는 지점이고,
    상기 구동 방식에 관계 없이, 상기 모터 제어기는 상기 특정 코일의 역기전력이 0이 되는 시점에 상기 특정 코일이 플로팅되도록 상기 제1 및 제2 코일 제어 신호들을 발생하고, 그리고 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압이 같아지는 시점을 상기 역기전력이 0이 되는 시점으로 판별하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 선택기는 상기 비엘디씨 모터가 120도 구동 방식 및 150도 구동 방식 중 하나로 동작하도록 상기 특정 시간을 조절하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 선택기는 상기 특정 시간을 상기 비엘디씨 모터의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 조절하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 선택기는 상기 특정 시간을 상기 비엘디씨 모터의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 조절하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 특정 코일의 전압이 증가하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 특정 시간 후에 상기 제 1 코일 제어 신호를 활성화하고,
    상기 3상 인버터는 상기 제 1 코일 제어 신호의 활성화에 응답하여 상기 특정 코일에 전원 전압을 공급하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 비엘디씨 모터의 120도 회전 구간에 대응하는 시간 후에 상기 특정 코일을 플로팅하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 비엘디씨 모터의 150도 회전 구간에 대응하는 시간 후에 상기 특정 코일을 플로팅하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 제어기는 상기 특정 코일의 전압이 감소하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 특정 시간 후에 상기 제 2 코일 제어 신호를 활성화하고,
    상기 3상 인버터는 상기 제 2 코일 제어 신호의 활성화에 응답하여 상기 특정 코일에 접지 전압을 공급하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성점 전압은 상기 비엘디씨 모터의 중성점의 전압에 대응하는 센서리스 비엘디씨 모터 시스템.
  10. 제 1 내지 제 3 코일들을 포함하는 센서리스 비엘디씨(BLDC, Brushless Direct Current) 모터의 구동 방법에 있어서:
    상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 결정하는 단계;
    상기 결정된 구동 방식에 따라, 제 1 시간과 제 2 시간을 결정하는 단계;
    상기 제 1 내지 제 3 코일들 중 특정 코일의 전압과 중성점 전압이 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 전압을 공급하는 단계; 그리고
    상기 특정 코일에 전압을 공급하는 단계가 수행되고 상기 제 2 시간 후에, 상기 특정 코일을 플로팅하는 단계를 포함하고,
    상기 중성점은 상기 제1 내지 제3 코일들이 공통으로 연결되는 지점이고,
    상기 구동 방식에 관계 없이, 상기 특정 코일의 역기전력이 0이 되는 시점에 상기 특정 코일이 플로팅되도록 상기 제1 시간과 상기 제2 시간이 결정되고, 그리고 상기 특정 코일의 전압과 상기 중성점 전압이 같아지는 시점을 상기 역기전력이 0이 되는 시점으로 판별되는 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 특정 코일의 전압이 증가하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 전원 전압이 공급되는 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 특정 코일의 전압이 감소하여 상기 중성점 전압과 같아지고 상기 제 1 시간 후에, 상기 특정 코일에 접지 전압이 공급되는 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 비엘디씨 모터의 구동 방식을 결정하는 단계는 120도 구동 방식을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간을 결정하는 단계는 상기 제 1 시간을 상기 비엘디씨 모터의 30도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하고, 상기 제 2 시간을 상기 비엘디씨 모터의 120도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하는 단계를 포함하는 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 비엘디씨 모터의 구동 방법을 결정하는 단계는 150도 구동 방식을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 시간과 상기 제 2 시간을 결정하는 단계는 상기 제 1 시간을 상기 비엘디씨 모터의 15도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하고, 상기 제 2 시간을 상기 비엘디씨 모터의 150도 회전 구간에 대응하는 시간으로 결정하는 단계를 포함하는 센서리스 비엘디씨 모터의 구동 방법.
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