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문제 정의
- 측정하였다. 따라서, 본 논문에서는 Linear Motor의 최대 장점인 고속 운동에서 실험을 구현하므로서 고정밀성을 검증하였다. 각각의 속도에 따른 위치 정밀도 측정 결과와 그래프는 다음과 같다.
- 본 논문에서는 고속 고정밀의 Linear Motor 구현을 위한 고정밀 Driver 를 구현하고자 하였다. 개발된 Drvier는 120° 통전 방식의 고속 고정밀 Linear Motor Driver■로써, 설계된 Driver는 전원부 및 인버터부, PWM 발생부, 보호 회로, 게인 설정부로 구성된 아날로그 회로부, 스위칭 로직 회로 발생부 등으로 구성 하였다.
제안 방법
- 둘째. Driver 자체 구동 및 컨트롤러와의 인터페이스를 위하여 아날로그 전압 입력 단자를 구성하였으며. 이는 약 16~25kHz의 캐리어 주파수를 지닌 PWM 파형으로 전환된다.
- Linear Motor의 고속 왕복 운동시 발생하는 위치 반복 정밀도를 측정함으로써 설계된 Driver의 성능을 평가하여 그 타당성을 입증하였다. 이상의 고정빌의 Driver 를 사용하여 운전시 변하게 되는 속도 프로파일에 따른속도 및 가속도의 변화량에 대한 응답성을 높여 정밀도를 향상시켰다.
- 그리고 드라이버의 보호 회로 동작을 위하여 UnderVoltage, OverVoltage, OverCurrent, OverTemperature 등의 에러 검출 회로로 구성 되었다.
- 따라서, 이를 직류 전압으로 정류하기 위하여, 브리지 다이오드와 평활 콘덴서를 사용하였다. 한편, 전원 인가시 발생할 수 있는 과전류를 검출하기 위하여 250V/30A의 Fuse를 DC 전원과 직렬로 연결하였다.
- 따라서, 이의 검출을 위하여 Exclusive-OR 로직을 이용하여 흘 센서 에러를 검출하였으며. 이에 대한로직 구성은 아래와 같다.
- 본 논문에서는 개발된 고정밀 DriverX 성능 검증을 위하여 각각의 속도에 따른 일정 거리를 왕복 운동하는 실험을 하였으며, 이 때 발생하는 Linear Motor의 위치정밀도를 측정하였다. 따라서, 본 논문에서는 Linear Motor의 최대 장점인 고속 운동에서 실험을 구현하므로서 고정밀성을 검증하였다.
- 본 논문에서는 이러한 특성을 지닌 Linear Motor을 구동하기 위한 고속 고정밀 운동에 적합한 드라이버를 구성하였으며, 전체적인 구성으로써 첫째, FLY BACK PWM 방식을 이용하여 AC-DC 컨버터 전원을 설계 하였으며. L500kV의 내전압을 지니며, 사용된 고전압펄스 트랜스는 페라이트 코어를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 Dirver 전원부는 기존의 전원 드롭형의 AC-DC 전원부와는 달리 고주파 트랜스를 사용한 플라이백 방식의 AC-DC 컨버터 설계 방식을 채택하였다. 그러므로서, 트랜스의 부피 및 회로의 코스트, 사이즈를 감소시켰다.
- 셋째, Driver 내에서 발생할 수 있는 에러에 대비한 보호 회로를 구성하였다. 인가되는 AC 전원에 따른 UnderVoltage, OverVoltage 검출 회로, Linear Motor에 흐르는 전류에 대한 과전류 보호 회로, 온도상승 검출을 위한 OverTemperature 회로 등으로 구성하였다.
- 위와 같은 사양을 가진 Linear Motor를 대상으로 Driver 성능을 평가하기 위하여 500mm의 행정거리를 각각의 일정 속도 및 가속도로 왕복운동을 하여 500mm에서의 정밀도를 측정하였다. 실험 구성도는 다음과 같다.
- 회로를 구성하였다. 인가되는 AC 전원에 따른 UnderVoltage, OverVoltage 검출 회로, Linear Motor에 흐르는 전류에 대한 과전류 보호 회로, 온도상승 검출을 위한 OverTemperature 회로 등으로 구성하였다.
- 출력 전압으로서 모터 구동을 위한 300VDC. 컨트롤러, 보호 회로 및 각종 제어 신호 구동을 위하여 15V, 5V DC 전원을 구성하였다.
- 개발된 Drvier는 120° 통전 방식의 고속 고정밀 Linear Motor Driver■로써, 설계된 Driver는 전원부 및 인버터부, PWM 발생부, 보호 회로, 게인 설정부로 구성된 아날로그 회로부, 스위칭 로직 회로 발생부 등으로 구성 하였다. 특히, 본 논문에서는 고정밀의 Driver 구현을 위하여 Driver 자체 내에 드라이버 게인 설정부를 설계 하였다.
- 따라서, 이를 직류 전압으로 정류하기 위하여, 브리지 다이오드와 평활 콘덴서를 사용하였다. 한편, 전원 인가시 발생할 수 있는 과전류를 검출하기 위하여 250V/30A의 Fuse를 DC 전원과 직렬로 연결하였다.
대상 데이터
- 개발된 Drvier는 120° 통전 방식의 고속 고정밀 Linear Motor Driver■로써, 설계된 Driver는 전원부 및 인버터부, PWM 발생부, 보호 회로, 게인 설정부로 구성된 아날로그 회로부, 스위칭 로직 회로 발생부 등으로 구성 하였다. 특히, 본 논문에서는 고정밀의 Driver 구현을 위하여 Driver 자체 내에 드라이버 게인 설정부를 설계 하였다.
- 각각의 발생된 여자 신호는 IR2136이라는 3 Phase Bridge Driver를 거쳐 Linear Motor에 인가된다. 본 논문에서 사용된 IR2136은 최대 600V까지 동작이 가능한 N-Channel MOSFET 및 IGBT을 구동할 수 있는 Floating Channel을 가지고 있으며. 200ns의 Dead time 및 400ns의 妇/4成을 가지고 있으며, IR2136은 구동을 위한 Enable단자를 가지고 있고, 3상 모터의 스위칭을 위한 6개의 입 .
- 본 논문에서 사용한 Linear Motor는 모터의 위치 검출하기 위하여 흘 센서를 이용하였다.
- 본 논문에서는 Driver 의 성능 검증을 위하여 Anorad사의 LCK-S-3-P 모터를 대상 모터로서 선정하였으며, LC-DSP (MEI 社) 컨트롤러와 의 분해능을 가지는 MS-63-35G 리니어 엔코더를 이용 하였다. 사용된 Linear Motor의 사양은 다음과 같다.
- 본 논문에서는 약 16kHz~25kHz의 캐리어 주파수를 가지는 PWM파형으로서 Linear Motor를 스위칭시키고 있다. 각각의 발생된 여자 신호는 IR2136이라는 3 Phase Bridge Driver를 거쳐 Linear Motor에 인가된다.
- 설계된 Drivei■의 성능 검증을 위하여 제어기로서는 상용제품인 LC-DSP 컨트롤러를 사용하였으며, 대상이 되는 Linear Motor는 Anorad사의 LCK-S-3-P 모터가 사용되었다.
- 즉, 최대 전류를 IV로 셋팅을 하였을 경우, 모터에 제한되는 최대 전류 값은 약 6A의 값을 가진다. 정밀한 전류 셋팅을 위하여 본 논문에서는 10%의 Tolerance* 가지는 볼륨 저항(0.5W급)을 선정하였다.
- 출력 단자를 가지고 있다. 한편, 인버터 구동을 소자로서는 IRG4PC50KD(International Rectifier社)를 사용하였으며, 이는 Linear Motor에 흐르는 최대 전류치를 고려하여 선정하였다.
이론/모형
- 이러한 AC-DC 정류된 전압은 DC-DC 컨버터를통하여 출력 전압이 발생되며, 출력 전압의 정전류 제어를 위하여 TOP234Y(Power Integrations. Inc)를이용하였으며. KA43K 이용하여 메인 출력 전압인 5VDC의 정전류를 제어하고 있다.
성능/효과
- 넷째. 모터 구동을 위한 인버터 회로 설계시, 기존의 Linear Motor 드라이버에서 사용되던 IPM 대신에 IGBT를 사용하였으며, 게이팅을 위한 게이트 드라이버를 구성하여 회로 구성 비용의 절감 효과를 가져왔다.
- 최대 전류의 경우. 본 연구에서는 30A의 최대 전류가 가능하며, 연속 전류의 경우 약 15A의 설정이 가능하다.
- 그 타당성을 입증하였다. 이상의 고정빌의 Driver 를 사용하여 운전시 변하게 되는 속도 프로파일에 따른속도 및 가속도의 변화량에 대한 응답성을 높여 정밀도를 향상시켰다.
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