지능형 위상제어(InPAC) 기술로 브러시를 사용하지 않은 모터의 효율성을 최대로 활용하여 브러시를 사용하지 않은 모터 성능을 최적화하세요.
브러시를 사용하지 않은 모터는 다양한 애플리케이션에 활용되며, 가정용 진공청소기에서 산업용 기계류, 데이터 센터 서버 쿨링팬에 이르기까지 광범위한 고속 장치의 다양한 분야의 전력으로 사용됩니다.
설계자들기 직면한 가장 큰 과제는 선택한 모터가 안정적이고 효율적으로 작동하는 것을 확인하는 것입니다. 이러한 목표를 달성하는 것을 돕기 위해, Toshiba는 새로운 InPACT 모터 제어 시리즈를 개발했습니다.
지능형 위상제어
에너지 효율성 향상 및 저소음에 대한 수요 증가를 충족시키기 위해, 장치 설계자들은 브러시를 사용하지 않은 모터의 제어에 인버터를 활용할 방법을 모색하고 있습니다. 기존의 기술 방법으로 높은 수준의 효율성을 얻기 위해서는 각 모터마다 모터 전압 및 모터 전류의 위상 또는 리드 각에 대한 수정이 필요합니다.
그림 1. 리드 각 삽화
리드 각은 전압이 코일에 적용될 수 있도록 올라갔을 때의 각입니다.
전류값이 최대치로 상승할 때까지 코일에 전압을 적용하는데 시간이 조금 걸립니다. 고속 회전인 경우, 마그네틱 드라이브가 최대 전력에 도달하기 전에 회전자가 다음 켜기 지점을 통과할 수 있습니다. 이런 경우, 회전자 전력이 최대가 되지 않습니다. 이런 상황을 피하고 드라이브 효율성을 개선하기 위해 회전자가 계산된 각으로부터 특정 각도만큼 전진합니다. 이 전진된 각을 리드 각이라고 부릅니다. 리드 각은 특징, 회전 속도, 브러시를 사용하지 않은 모터의 부하 조건에 따라 다릅니다.
시작 시 분 당 거의 0회전(rpm)에서 수천 rpm의 고속에 이르는 광범위한 회전 속도 상에서 최적의 효율성을 달성하려면 위상 조정을 위한 많은 특징이 필요하며, 주로 제한된 범위로 최적화할 수 있습니다. InPAC의 장점은 지능형 위상제어, 브러시를 사용하지 않은 모터가 일정한 정확도로 효율적인 고속 회전을 할 수 있게 하는 기술에 있습니다.
Toshiba의 접근은 기존의 모터 제어기와는 시작점이 확연히 다릅니다. 전세대 기술로는 작동 rpm 범위 여러 부분에서 전력과 모터의 전류 사이 위상 차이에 대한 수정이 필요했습니다. Toshiba의 지능형 위상제어(InPAC) 기술은 이럴 필요가 없으며, 개발 속도를 가속하고, 모터의 전력 및 전류의 위상을 자동 수정함으로써, 초기화만으로 전 작동 rpm 범위를 통해 가능한 최고의 효율성을 달성합니다. 또한, Toshiba의 솔루션은 마이크로컨트롤러 없이 하드 로직에 의한 유연한 회전 속도 제어를 실현함으로써, 추가적인 개발 노력을 절감합니다.
작동 방법
브러시를 사용하지 않은 모터가 사인 파로 구동될 때, 임피던스에 의한 rpm의 변화가 전압과 전류 사이에 위상 차이를 만들어 드라이브 효율을 떨어뜨립니다. 효율성 향상에 필요한 위상 조정을 제공하기 위해 InPAC은 전류 위상(전류 정보)과 전압 위상(홀 효과 신호)의 관계를 비교하고, 모터 전류 제어 신호에 피드백을 제공하여 위상 관계를 자동으로 조정하고 효율을 높입니다.
InPAC은 모터의 전류 위상을 순간적으로 탐지하고 자동 리드 각 제어를 위해 그 정보를 피드백합니다. 센서기반 모터 애플리케이션에서 홀 신호 위상은 모터 드라이브 전류와 일치하도록 자동 조정됩니다. 모터의 rpm, 부하 토크 또는 전력 공급 전압과 상관없이 높은 효율성을 달성합니다. InPAC은 또한 리드 각 조정에 필요한 외부 부품 절감에도 도움을 줍니다.
기존의 모터 제어 기술로 가능한 최고의 효율성 달성을 위해서는 작동 rpm 범위 여러 부분에서 전력과 모터의 전류 사이 위상 차이에 대한 수정이 필요합니다. InPAC은 설계자로 하여금 모터 전압 및 전류 단계를 자동으로 조정하여 초기화만으로 전체 작동 rpm 범위에서 가능한 최고의 효율성을 달성할 수 있도록 하여, 개발 작업 부하가 줄어듭니다.
예를 들어, 3천 rpm에서 기존의 고정 리드 각 제어와 비교하여 InPAC은 공급 전류를 대략 10% 정도 절감합니다.
최적화 및 효율성
최적의 모터 효율성 달성을 위해서는 홀 센서가 제공한 회전자 위치에 대한 정보에 기반하여 제어되지만, 리드 각을 실제 장치로 조정해야 합니다. 또한 모터 컨트롤러/드라이버가 자동 리드 각 제어 기능을 가지고 있는 경우에도 rpm 및 여러 다른 요인을 포함한 모터의 상수에 따라 리드 각도를 조정해야 합니다. 이러한 중대한 한계를 고려하여, 설계자 부담을 줄이는 향상된 제어 방법에 대한 필요성이 지난 몇 년 동안 대두되어 왔습니다.
InPAC은 모터의 전류 위상을 빠르게 탐지하고 자동 리드 각 제어를 위해 즉시 그 정보를 피드백함으로써 이런 문제를 해결합니다. 모터 애플리케이션에 센서가 장착된 경우, 홀 신호 위상이 모터 드라이브 전류와 일치하도록 자동 조정됩니다. 모터의 rpm, 부하 토크 또는 전력 공급 전원과 상관없이 높은 효율성을 달성합니다. 또한 InPAC는 리드 각 조정에 필요한 외부 부품의 수를 줄이고 모터의 작동 상태 변경과 관련된 프로그래밍의 필요를 없애 줍니다.
부드러운 전류 파형을 지닌 사인 파 드라이브 시스템을 사용하면, 사각 파 드라이브 시스템을 가진 모터보다 소음과 진동을 덜 발생시키는 이점 또한 있습니다.
요구 사항 버전 및 시방서
InPAC 기기는 여러 버전이 있으며, 각각 특정 설계 요건에 부합하도록 개발되었습니다. TC78B016FTG는 최대 40V/3A 급의 완전 통합형 모터 제어 드라이버입니다. 이 IC는 6~36V 범위에서 작동하는 전원 공급이 필요하며 사인 파 드라이브를 제공합니다. 또한 설계자는 보통 0.24 ohms(높고 낮은 측면의 총합)의 낮은 ON 저항을 활용할 수 있는데, 이는 작동 중 기기의 자체 발열을 감소시켜 IC가 일반적으로 1.0-1.5A 애플리케이션을 지원할 수 있게 합니다. 속도는 간단한 펄스 폭 변조(PWM) 신호 또는 아날로그 전압 입력에 의해 제어됩니다. 내장된 보호기능으로 열 셧다운, 과전류 보호 및 모터 잠금 보호가 있습니다. 부품은 경량 VQFN32 5x5mm2 패키지로 제공됩니다.
TC78B041FNG 및 TC78B042FTG는 사용자가 애플리케이션 전력 요건을 맞춤화하고 설계에 적합한 게이트 드라이버와 MOSFET를 사용할 수 있는 유연한 컨트롤러 제품입니다. TC78B041FNG는 SSOP30 형 패키지를, TC78B042FTG는 경량 VQFN32 5x5mm2 패키지를 채택합니다.
TC78B027FTG는 사용자가 애플리케이션에 적합한 MOSFET를 선택할 수 있는 게이트 드라이버가 있는 컨트롤러입니다. 또한 단일 홀 드라이브 시스템을 통합하여, 사용자가 더 적은 비용으로 단일 센서의 브러시를 사용하지 않은 모터를 사용할 수 있게 해줍니다. 기기는 VQFN24 4x4mm2 패키지에 내장되어 있습니다.
더 많은 정보를 찾으려면
Toshiba는 35년 이상의 모터 드라이버 제작 경험을 가지고 있으며, 다양한 요구에 적합한 InPAC 기술을 갖춘 브러시를 사용하지 않은 모터 드라이브 컨트롤러의 광범위한 포트폴리오를 제공합니다. InPAC이 통합된 브러시를 사용하지 않은 모터 사용 여부에 대한 제품 계획을 평가해 보기 위해 레퍼런스 디자인을 다운로드 해보세요.
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