PFC 컨버터와 DTC를 이용한 BLDC 모터의 구동 시스템 구현 = Implementation of the BLDC Motor Drive System using PFC converter and DTC

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 일정 토크영역에서 승압형 PFC 컨버터와 직접토크제어(DTC) 방법을 사용하여 BLDC 모터의 구동 시스템을 DSP(TMS320F2812)로 구현하였다. 기존의 6단계 PWM 전류제어와 달리 미리 정한 샘플시간 마다 간단한 look-up 표로부터 2상 도통 모드에 대한 인버터의 전압 상태 벡터를 설정함으로써 원하는 전류파형을 만들었으며 이로부터 기존의 전류제어기보다 훨씬 빠른 토크 응답특성을 얻을 수 있었다. 또한 BLDC 모터의 비 이상적인 사다리형 역기전력에 의해 발생되는 저주파 토크변동을 저감하기 위하여 위치 loop-up 표를 사용하였다. 아울러 역률을 보정하기 위해 승압형 PFC 컨버터를 구성하였고 이 때 전파 정류된 입력전압과 출력전압, 인덕터의 전류에 의해 평균전류모드 제어 방식으로 80 KHz마다 PWM 듀티(duty)가 조절 되도록 하였다. 이와 같이 복잡한 제어 알고리즘은 초고속 DSP의 출현으로 PFC와 DTC 알고리즘이 동시에 제어가 가능하며, 본 논문에서는 DTC 알고리즘을 구현할 때 DSP의 일반 범용의 출력포트를 사용하여 구현하였고 단지 PFC에서만 1개의 PWM을 사용하여 디지털 제어기를 구현하였다. 실험을 통해 DTC 알고리즘과 PFC 컨버터를 이용한 BLDC 모터 구동 시스템의 타당성과 효용성을 보였고, 실험결과로부터 PFC 컨버터를 사용하지 않았을 때는 역률이 약 0.77이었으나 PFC 컨버터를 사용하였을 때는 부하변동에 관계없이 약 0.9997로 크게 향상됨을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, the boost Power Factor Correction (PFC) technique for Direct Torque Control (DTC) of brushless DC motor drive in the constant torque region is implemented on a TMS320F2812DSP. Unlike conventional six-step PWM current control, by properly selecting the inverter voltage space vectors of the two-phase conduction mode from a simple look-up table at a predefined sampling time, the desired quasi-square wave current is obtained, therefore a much faster torque response is achieved compared to conventional current control. Furthermore, to eliminate the low-frequency torque oscillations caused by the non-ideal trapezoidal shape of the actual back-EMF waveform of the BLDC motor, a pre-stored back-EMF versus position look-up table is designed. The duty cycle of the boost converter is determined by a control algorithm based on the input voltage, output voltage which is the dc-link of the BLDC motor drive, and inductor current using average current control method with input voltage feed-forward compensation during each sampling period of the drive system. With the emergence of high-speed digital signal processors (DSPs), both PFC and simple DTC algorithms can be executed during a single sampling period of the BLDC motor drive. In the proposed method, since no PWM algorithm is required for DTC of BLDC motor drive, only one PWM output for the boost converter with 80 kHz switching frequency is used in a TMS320F2812 DSP. The validity and effectiveness of the proposed DTC of BLDC motor drive scheme with PFC are verified through the experimental results. The test results verify that the proposed PFC for DTC of BLDC motor drive improves power factor considerably from 0.77 to as close as 0.9997 with and without load conditions.

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