BLDC 제어 방법

브러시리스 모터의 구조
먼저 몇 가지 개념을 소개하겠습니다. 브러시리스 모터의 슬롯 수 N과 극 수 P입니다. 슬롯 수 N은 고정자의 전자석 극 수를 나타내고, 극 수 P는 회전자의 자극 수를 나타냅니다. 가장 간단한 3N2P 구조 모터는 고정자에 3개의 코일 극, 회전자에 2개의 자극을 갖는 브러시리스 모터입니다. 3N2P 브러시리스 모터의 고정자 구조 개략도는 다음과 같습니다.

고정자에는 A, B, C 세 세트의 코일이 있습니다. 세 코일의 한쪽 끝은 공통 지점에 연결되고 다른 쪽 끝은 세 개의 전선 a, b, c로 연결됩니다. 중앙에 회전자 역할을 하는 자석을 배치하면 아래와 같이 가장 간단한 브러시리스 모터 구조가 형성됩니다.
물론, 이것은 가장 간단한 3슬롯 2극 모터일 뿐입니다. 일반적으로 사용되는 모터는 슬롯과 극 수를 늘려 회전을 부드럽게 하고 토크를 높입니다. 코일의 연결 방식은 스타 또는 델타 결선입니다. 또한, 기계적 구조에 따라 회전자가 모터 내부에 있는지 외부에 있는지에 따라 외측 회전자 모터와 내측 회전자 모터로 나눌 수 있습니다.

브러시리스 모터의 구동 원리
브러시리스 모터의 구조를 이해했다면, 모터는 어떻게 회전할까요? 가장 간단한 3N2P 브러시리스 모터를 예로 들어 보겠습니다. 처음에 양극 전원 공급 장치를 a 단자에, 음극 전원 공급 장치를 b 단자에 연결하고, c 단자는 그대로 둔다고 가정해 보겠습니다. 그러면 코일 A에서 생성된 자기장은 왼쪽 위 방향으로, 코일 B에서 생성된 자기장은 위쪽 방향으로, 그리고 자기장의 벡터 합은 왼쪽 위 방향으로 향하게 됩니다. 코일 A와 B의 자기장의 작용으로 회전자 자석은 그림과 같은 방향으로 회전합니다.
다음 순간에는 양극 전원 공급 장치를 c 단자에, 음극 전원 공급 장치를 b 단자에 연결하고 a 단자는 그대로 둡니다. 그러면 자기장의 벡터 합이 오른쪽 위로 향하게 되고, 회전자 자석은 다음 그림의 위치 1에서 위치 2로 회전합니다.
마찬가지로, 전원 공급을 위한 c+a-, a-b+, b+c-, c-a+, a+b-, b-c+의 후속 시퀀스에서 회전자 자석은 원형으로 회전할 수 있습니다. 전류가 6번 흐를 때마다 회전자는 한 바퀴 회전합니다. 세 코일이 120° 떨어져 있으므로, 두 코일이 동시에 도통할 때 토크는 단일 코일의 √3배라는 결론을 내리는 것은 어렵지 않습니다.
위의 구동 방식에서는 두 개의 코일이 동시에 도통되므로 "2-2 도통" 구동 모드라고 합니다. 이와는 대조적으로 세 개의 코일이 동시에 도통되는 "3-3 도통" 구동 모드도 있습니다. 예를 들어, 인가된 전압이 a+bc- 상태일 때 세 개의 코일 모두 자기장을 생성하므로 고정자 자석은 다음 그림과 같은 위치로 회전합니다(N극은 코일 A의 정반대입니다).
또한, 코일 A의 전류는 코일 B와 C의 전류의 합과 같으므로 총 토크는 코일 A 토크의 1.5배입니다. "3-3 전도" 구동 모드 또한 한 회전을 완료하는 데 6단계가 필요하다는 것을 분석하는 것은 어렵지 않습니다. 코일 전압을 a+bc-, a+b-c+, ab-c+, a-b+c+, a-b+c-, a+b+c- 순으로 제어하면 고정자도 회전할 수 있습니다.

브러시리스 모터의 구동 회로
위에서 3상 브러시리스 모터를 회전시키는 방법을 분석했습니다. 기본적으로 세 코일의 리드아웃 지점에 각각 양전압과 음전압을 인가해야 합니다. 일반적으로 다음과 같은 3상 6암 풀브리지 회로를 사용하여 이를 구현할 수 있습니다.
예를 들어, 위 그림에서 Q1과 Q4가 켜지고 다른 두 코일은 꺼진 경우, 전류는 Q1에서 U상 권선을 거쳐 V상 권선에서 Q4로 흐릅니다. 이렇게 하면 한 코일에 전원이 공급됩니다. 마찬가지로, Q5Q4, Q5Q2, Q3Q2, Q3Q6, Q1Q6을 순차적으로 켜면 "2-2 전도"의 6단계 작동 모드가 완료됩니다. 마찬가지로, 3상 풀 브리지도 "3-3 전도" 제어 모드를 구현할 수 있습니다.
위의 풀 브리지 회로는 단지 이론적인 소개일 뿐입니다. 실제 응용에서는 제어 시 동일한 브리지 암의 상단 및 하단 MOS 트랜지스터가 동시에 켜지면 안 됩니다. 그렇지 않으면 소자가 소손될 수 있습니다. 상단 브리지 암의 MOS 트랜지스터를 먼저 끄고 하단 브리지 암의 MOS 트랜지스터를 켜면(또는 그 반대로) 상단 및 하단 MOS 트랜지스터의 동시 도통 시간을 피할 수 있습니다. 이 시간 차이를 일반적으로 데드 타임이라고 합니다. MCU에서 출력되는 다양한 PWM 파형은 데드 타임의 크기를 제어할 수 있으며, 이는 설계에 편리합니다.