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Sensorless BLDC 모터는 어떻게 기동할까? — 역기전력이 없는 정지 상태에서 회전을 시작하는 방법

Sensorless BLDC 모터는 Hall Sensor나 Encoder 없이도 회전자 위치를 추정할 수 있습니다. 대표적인 방법이 모터에서 발생하는 역기전력(Back-EMF)을 이용하는 방식입니다. 그런데 여기에는 한 가지 문제가 있습니다. 역기전력은 모터가 회전해야 발생합니다. 역기전력은 일반적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다. e = Ke × ω 여기서,e : 역기전력Ke : 역기전력 상수ω : 회전 각속도모터가 정지해 있다면, ω = 0 이므로, e ≈ 0 입니다. 즉, 정지 상태에서는 Back-EMF를 이용한 Zero Crossing 검출이 사실상 불가능합니다. 그렇다면 Sensorless BLDC 모터는 회전자 위치를 모르는 상태에서 처음에 어떻게 회전을 시작할까요? 일반적인 6-Step ..

BLDC 모터를 제대로 구동하려면 회전자가 현재 어느 위치에 있는지 알아야 합니다. 회전자 위치를 알 수 있어야 그에 맞춰 U, V, W상의 스위칭 상태를 변경할 수 있기 때문인데요.Hall Sensor를 사용하는 BLDC 모터라면 Hall 신호를 통해 회전자 위치를 비교적 쉽게 알 수 있습니다. 하지만 Hall Sensor 없이 모터를 제어하는 Sensorless BLDC 제어에서는 상황이 조금 다릅니다. 별도의 위치 센서가 없기 때문에 모터가 회전하면서 발생하는 역기전력(Back-EMF)을 이용해 회전자 위치를 간접적으로 추정합니다. 그중 가장 대표적인 방법이 바로 Zero Crossing Detection, ZCD입니다. 이번 글에서는 6-Step BLDC 제어에서 Zero Crossing을 어떻게..

BLDC 모터를 회전시키려면 인버터를 통해 U, V, W 권선에 전압을 인가해야 합니다. 그런데 모터가 실제로 회전하기 시작하면 재미있는 현상이 하나 발생합니다. 외부에서 전압을 인가하고 있는데, 모터 내부에서도 새로운 전압이 만들어집니다. 이 전압을 역기전력(Back-EMF, Back Electromotive Force)이라고 합니다. 역기전력은 단순히 모터 내부에서 발생하는 부수적인 전압이 아닙니다.모터가 얼마나 빠르게 회전하고 있는지, 그리고 회전자가 어느 위치에 있는지를 추정할 수 있는 중요한 정보이기도 합니다. 이번 글에서는 BLDC 모터의 역기전력이 왜 발생하는지부터, 이를 이용해 회전 속도를 어떻게 알 수 있는지 살펴보겠습니다. 1. 역기전력(Back-EMF)이란? BLDC 모터의 회전자에는..

BLDC 모터는 DC 전원을 단순히 연결한다고 바로 회전하는 모터가 아닙니다. 모터 내부의 회전자는 영구자석으로 되어 있고, 고정자의 U, V, W 권선에 흐르는 전류 방향을 계속 바꿔주면서 회전하는 자기장을 만들어줘야 해요. 이때 BLDC 모터에서 가장 기본적으로 사용되는 구동 방식이 6-Step 제어(Six-Step Commutation)입니다. 6-Step 제어의 핵심은 생각보다 단순합니다. 두 상에 전류를 흘려 고정자 자계를 만들고, 그 자계의 방향을 전기각 60°마다 바꾸면서 회전자를 끌고 가는 방식이에요. 이번 글에서는 왜 두 상만 도통하는지, 왜 60°마다 스위칭하는지, 그리고 3상 인버터가 실제로 어떤 순서로 BLDC 모터를 회전시키는지 알아보겠습니다. 1. BLDC 모터의 6-Step 제..

BLDC 모터나 PMSM을 공부하다 보면 기계각(Mechanical Angle)과 전기각(Electrical Angle)이라는 용어가 자주 등장합니다. 처음에는 둘 다 회전자의 위치를 나타내는 각도처럼 보여서 헷갈리기 쉽습니다. 하지만 두 각도는 기준이 다릅니다. 기계각은 회전자가 실제로 얼마나 회전했는지를 나타내는 각도이고, 전기각은 회전자 자극이 만드는 자기장의 전기적인 주기를 기준으로 표현한 각도입니다. 특히 모터의 극수가 많아지면 회전자가 한 바퀴 도는 동안 전기각은 여러 바퀴 변화하게 됩니다. 이번 글에서는 기계각과 전기각의 차이, 그리고 모터의 극수와 어떤 관계가 있는지 알아보겠습니다. 1. 기계각이란? 기계각은 말 그대로 회전자가 실제 공간에서 회전한 각도입니다. 회전자에 기준점을 하나 표시..

BLDC나 PMSM 같은 3상 모터를 보면 인버터에서 U, V, W 세 개의 선이 모터로 연결되어 있습니다. 그런데 여기서 한 가지 궁금증이 생깁니다. 전선 세 개에 전류를 흘려준 것뿐인데, 어떻게 모터가 계속 한 방향으로 회전할 수 있을까요? 핵심은 회전자계(Rotating Magnetic Field)에 있습니다. 3상 권선에 서로 120°의 위상차를 가진 전류를 흘려주면, 각 권선이 만드는 자기장이 합쳐지면서 전체 자기장의 방향이 계속 회전하게 됩니다.회전자는 이 자기장을 따라 움직이면서 토크를 만들어냅니다. 이번 글에서는 이 과정을 순서대로 살펴보겠습니다.1. 3상 모터에는 왜 U, V, W 세 개의 권선이 있을까? 3상 모터의 고정자(Stator)에는 U상, V상, W상 권선이 공간적으로 배치되어..

“EMI 필터에는 왜 L-N 사이의 커패시터와 접지 방향의 커패시터가 따로 필요할까?” 두 커패시터는 모양이 비슷하지만 처리하는 노이즈 전류의 경로가 다릅니다. 차동모드 노이즈는 L선과 N선 사이를 순환하고, 공통모드 노이즈는 L선과 N선에서 같은 방향으로 흐른 뒤 섀시나 기생 커패시턴스를 통해 돌아옵니다. 따라서 EMI 필터를 설계할 때는 단순히 노이즈 주파수만 볼 것이 아니라, 노이즈 전류가 어느 방향으로 흐르고 어디로 되돌아오는지를 먼저 확인해야 합니다. 1. 공통모드와 차동모드는 전류 경로가 다르다 L선과 N선의 전류 방향을 모두 전원에서 부하로 향하는 방향으로 정의해 봅시다. 이때 두 선의 전류는 다음과 같이 공통모드와 차동모드 성분으로 나눌 수 있습니다. i_CM = (i_L + i_N) / ..

SMPS, 인버터, 모터, 부하가 정상적으로 동작하는 것처럼 보여도 주변 센서값이 흔들리거나 통신 오류, MCU 리셋이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 이해하려면 노이즈가 얼마나 발생하는지만 보는 것이 아니라, 노이즈가 어디로 전달되고 어떤 회로에 영향을 주는지를 함께 봐야 합니다. 이번 글에서는 EMI·EMS·EMC의 차이를 정리하고, 전자제품에서 노이즈가 실제 오동작으로 이어지는 과정을 살펴보겠습니다. 1. EMI·EMS·EMC는 무엇이 다른가? 국내 전자제품 개발과 시험 실무에서는 일반적으로 다음과 같이 설명합니다.EMC = EMI 영역 + EMS 영역 여기서 EMI 영역은 제품이 외부로 내보내는 노이즈를, EMS 영역은 외부 노이즈가 유입됐을 때 제품이 정상적으로 동작하는지를 다룹니다.구분국내..

BLDC 모터와 PMSM을 공부하다 보면 한 가지 의문이 생깁니다. 두 모터는 내부 구조부터 완전히 다른 모터일까요? 아니면 같은 모터를 서로 다른 방식으로 제어하는 것일까요? 일반적으로 BLDC 모터는 사다리꼴 역기전력과 6-Step 제어, PMSM은 정현파 역기전력과 벡터제어를 사용하는 모터로 구분합니다. 하지만 실제로는 모터의 구조와 제어 방식이 서로 연결되어 있기 때문에, 이렇게 단순하게 나누면 정확한 원리를 놓치기 쉽습니다. BLDC와 PMSM은 모두 회전자에 영구자석을 사용하는 동기전동기입니다. 차이는 주로 모터가 만들어내는 역기전력 파형과 여기에 맞춰 인가하는 전류 파형, 그리고 제어 방식에서 나타납니다.1. BLDC와 PMSM의 공통점 BLDC와 PMSM은 모두 고정자에 3상 권선이 있고,..

안녕하세요 :) 인버터의 MCU나 DSP는 PWM 신호를 이용해 전력반도체의 ON과 OFF 시점을 결정합니다. 하지만 MCU가 출력한 PWM 신호를 MOSFET이나 IGBT의 게이트에 직접 연결할 수는 없습니다.제어기의 출력 전압과 전류만으로는 전력반도체의 게이트를 원하는 속도로 충전하고 방전하기 어렵기 때문입니다. 이 역할을 담당하는 회로가 게이트 드라이버(Gate Driver)입니다. 앞선 글에서는 MOSFET과 IGBT에서 도통손실과 스위칭손실이 발생하는 원리를 살펴보았습니다.이번 글에서는 손실 계산이나 턴온·턴오프 파형을 반복하기보다, 다음 질문에 집중하겠습니다.게이트 드라이버 내부에서는 어떤 방식으로 전류를 공급하고 흡수하는가?MOSFET 게이트는 왜 전압만 인가한다고 바로 켜지지 않는가?게이트..