브러시리스 직류 전동기에 대한 고효율 제어기의 설계 = Design of High Efficiency Controller for Brushless DC Motor

국문 초록 (Abstract)

국 문 요 약



브러시리스 직류 전동기에 대한 고효율 제어기의 설계



논문제출자 이 현 규
지 도 교 수 김 성 덕



본 논문에서는 브러시리스 직류 전동기를 구동시키기 위한 고 효율 제어기 설계 방법을 기술한다. 국내에서 생산되는 대부분의 제어기는 비교적 낮은 역률을 나타낸다. 일반적으로 브러시리스 직류 전동기의 효율을 결정하는 역률은 전류의 고조파 성분 때문에 저하된다. 그러므로 이 연구에서는, 전류에 포한된 고조파 성분을 감소시킴으로써 역률을 개선하기 위하여 역률보상 회로 (Power Factor Correction)를 가진 전동기 제어기 설계 방법을 제안하였다. 또한, 고 효율을 얻기 위하여 PID 알고리듬을 제어기에 적용하였다.
설계된 제어기와 국내 회사에서 제조된 범용 브러시리스 직류 전동기의 제어기에 대하여, 역률, 전류의 고조파 성분, 또는 전력소비와 같은 몇 가지 특성들을 비교하였다. 설계된 제어기의 역률은 대략 97%까지 증가되었음을 증명하였다. 더욱 PID 제어 방식을 사용함으로써, 최대속도 1500rpm에서 속도 편차가 ±15rpm 이내에 드는 매우 정밀한 제어기가 구현되었다. 과전류나 과온도가 관측되는 동안에 발생하는 전류 변동이나 온도 변화에 대해서도 MCU(Micro Controller Unit)는 높은 안정성을 보였다. 그 결과, 제시된 제어기는 높은 효율을 나타냄을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 그림목차 iii
• 국문요약 iv
• I. 서 론 1
• II. 브러시리스 직류 전동기 2
• 2.1. 브러시리스 직류 전동기의 특징 2
• 2.1.1 일반적인 특징 2
• 2.1.2 전동기 구조 2
• 2.2 브러시리스 직류 전동기의 제어회로 3
• 2.2.1 제어시스템의 구성 3
• 2.2.2 Hall 센서와 위치 검출 4
• 2.2.3 구동전원 6
• 2.2.4 제어 방식 8
• III. 제어 회로 설계 10
• 3.1 제어기 구성 10
• 3.2 직류구동전원 10
• 3.2.1 부스트 PFC 회로 10
• 3.2.2 브리지 정류기단 설계 11
• 3.2.3 전력 MOSFET과 게이트 드라이버 회로 12
• 3.2.4 부스트 다이오드 13
• 3.2.5 부스트 인덕터 14
• 3.2.6 교류 전류필터와 부스트 출력 벌크 커패시턴스 16
• 3.2.7 전류측정 저항과 출력전압 분할검출 18
• 3.2.8 직류구동회로 19
• 3.3 게이트 구동회로 설계 및 동작 21
• 3.4 MCU에 의한 PID 제어 알고리즘 25
• 3.4.1 MCU의 설계 25
• 3.4.2 PID 제어 알고리즘 26
• IV. 실험 및 고찰 27
• 4.1 제작된 제어기 성능 실험 27
• 4.2 회로 동작 특성 30
• Ⅴ. 결 론 33
• 참 고 문 헌 34
• ABSTRACT 35