홀 효과 센서는 BLDC 모터에서 어떻게 작동합니까? 완전한 가이드

윙윙거리기 시작하고 과도한 전류를 소비하며 회전을 거부하는 3상 브러시리스 DC 모터를 생각해 보십시오. 권선은 손상되지 않았고 컨트롤러에 전원이 공급되었으며 자석이 완전히 자화되었습니다. 이 상황의 가장 일반적인 근본 원인은 부품이 타버린 것이 아니라 신호가 누락되었기 때문입니다. 즉, 컨트롤러는 로터의 위치를 ​​알지 못합니다.

브러시리스 DC 모터에는 기계식 정류자와 브러시가 없습니다. 따라서 컨트롤러는 올바른 순간에 올바른 고정자 권선에 전원을 공급하기 전에 회전자 위치를 알려야 합니다. 대부분의 팬형 BLDC 모터에서 이 위치 정보를 제공하는 구성 요소는 홀 효과 센서입니다.

한 문단의 결론은 간단하다. 홀 효과 센서는 회전자 영구 자석의 자기장을 감지하고 해당 자기장을 디지털 전기 신호로 변환합니다. 고정자 주위에 전기적으로 120도 간격으로 배치된 세 개의 센서는 각 전기 사이클 내의 회전자 섹터를 고유하게 설명하는 6개의 이진 출력 조합을 생성합니다. 모터 컨트롤러는 이러한 6가지 상태를 디코딩하고 올바른 순서로 위상 권선을 정류합니다. 홀 센서, 배선, 풀업 회로 및 컨트롤러 정류 논리가 모두 함께 작동하면 모터가 정지 상태에서 최대 속도까지 원활하게 회전합니다. 해당 체인의 일부에 오류가 발생하면 증상은 바로 시작 시나리오에서 설명한 험, 과전류 및 진동입니다.

이 가이드에서는 홀 효과 센서가 BLDC 모터에서 작동하는 방식을 단계별로 설명합니다. 우리는 근본적인 물리적 효과, 3개의 센서가 6단계 정류 시퀀스를 생성하는 방식, 래치형 홀 IC 특성, 센서 배치, 배선, 신호 무결성, 무센서 제어와의 비교 및 ​​실제 결함 발견을 다룹니다. 또한 팬, 증발식 공기 냉각기 및 EC 모터 애플리케이션에 홀 센서 BLDC 구성이 중요한 이유를 살펴봅니다.

홀 효과: 센서에서 실제로 일어나는 일

홀 효과 센서는 통과하는 자속 밀도에 비례하는 출력 전압을 생성하는 반도체 장치입니다. 그 뒤에 있는 물리학은 1879년 Edwin Hall로 거슬러 올라갑니다. Hall은 전류를 운반하는 도체가 전류 방향에 직각으로 자기장에 배치될 때 전하 캐리어가 로렌츠 힘에 의해 편향된다는 것을 발견했습니다. 반도체의 전자 또는 정공이 도체의 한쪽으로 이동하여 두 측면 가장자리 사이에 측정 가능한 가로 전압이 나타납니다. 이 전압이 홀 전압이다.

홀 전압은 전류와 자기장 강도의 곱에 비례하고 도체의 두께와 전하 캐리어 밀도에 반비례합니다. 구리와 같은 순수 도체에서는 캐리어 밀도가 너무 높아서 홀 전압이 미미합니다. 이것이 바로 실제 홀 센서가 캐리어 밀도가 훨씬 낮은 반도체 재료로 만들어지고, 홀 플레이트라고 불리는 얇은 플레이트에 배열되고, 바이어스 전류 소스, 차동 증폭기, 비교기 및 출력 스테이지가 단일 IC 패키지에 통합되어 있는 이유입니다.

BLDC 모터 정류의 경우 고해상도로 절대 자속 밀도를 측정할 필요가 없습니다. 우리는 한 가지 질문에 대한 이진 답만 필요합니다. 이 순간에 센서를 향하고 있는 로터의 북극 또는 남극입니다. 따라서 정류 등급 홀 센서의 출력은 디지털입니다. IC 내부의 비교기는 증폭된 홀 전압을 기준 임계값과 비교합니다. 회전자의 북극이 자속 밀도를 작동점(BOP) 위로 가져오면 출력이 한 상태로 전환됩니다. 나중에 남극이 자속 밀도를 릴리스 지점(BRP) 아래로 밀어내면 출력이 다시 전환됩니다. BOP와 BRP의 차이를 히스테리시스라고 하며, 자기장이 역전될 때 깨끗하고 채터링 없는 디지털 전환을 보장합니다.

BLDC 모터에 회전자 위치 피드백이 필요한 이유

브러시리스 DC 모터는 동기식 영구 자석 모터입니다. 고정자는 일반적으로 스타 또는 델타로 연결된 3상 권선을 전달하며 회전자에는 북쪽과 남쪽이 교번하는 영구 자석이 장착되어 있습니다. 정류자가 회전자 위치에 따라 전기자 전류를 기계적으로 전환하는 브러시형 DC 모터와 달리 BLDC 모터에는 기계적 전환 장치가 없습니다. 위상 전류는 인버터에 의해 전자적으로 전환되어야 하며 전환 순간은 회전자 각도 위치와 일치해야 합니다. 모터 아키텍처를 완벽하게 처리하려면 브러시리스 DC 모터 작동 원리에 관한 기사를 참조하세요.

표준 3상 BLDC 드라이브에서는 한 번에 2개의 위상만 전도됩니다. 세 번째 단계는 비활성화됩니다. 인버터 6개의 전원 스위치는 회전 고정자 필드를 설정하는 6개의 가능한 전도 상태를 생성합니다. 고정자 자기장이 영구 자석 회전자를 끌어당기고 밀어내고 회전자 자기장을 정렬하려고 하기 때문에 토크가 생성됩니다. 고정자 자기장이 회전자 자기장보다 전기적으로 약 90도 앞서 있을 때 최대 토크가 얻어집니다. 회전자가 회전할 때 90도 관계를 유지하려면 컨트롤러는 60도마다 한 전도 상태에서 다음 전도 상태로 전환해야 합니다. 전환이 빠르면 토크가 떨어집니다. 늦으면 토크가 떨어집니다. 잘못된 쌍을 선택하면 모터가 가속되는 대신 감속됩니다. 중요한 부분은 컨트롤러가 로터 위치를 모르면 어떤 쌍을 선택할지 알 수 없다는 것입니다. 따라서 위치 피드백은 선택적 개선이 아닙니다. 이는 기능적 요구 사항입니다.

BLDC 모터에서 회전자 위치를 얻는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 인코더와 리졸버는 고해상도를 제공하지만 비용이 많이 들고 기계적으로 복잡합니다. 무센서 방법은 역기전력(back-EMF)에서 위치를 도출하지만 정지 상태 및 저속에서는 실패합니다. 분당 수백에서 수천 회전으로 작동하는 비용에 민감한 팬 모터의 경우 3개의 홀 효과 센서가 업계 표준 절충안입니다. 저렴하고 견고하며 샤프트가 움직이지 않을 때에도 절대적인 로터 위치를 제공합니다.

홀 센서 3개, 상태 6개, 정류 단계 6개

홀 센서는 단독으로 또는 여러 개로 사용할 수 있습니다. 3상 BLDC 모터에서 표준 구성은 고정자 주위에 전기적으로 120도 간격으로 배치된 3개의 센서입니다. 센서는 고정되어 있으며 로터가 회전할 때 로터 자석이 센서 옆을 지나갑니다. 각 센서가 북극에 노출되면 디지털 출력이 로직 하이로 이동합니다. 남극이 통과하면 출력은 로직 로우로 전환됩니다. 3개의 센서는 물리적으로 120도의 전기적 각도로 분리되어 있으므로 출력이 동시에 변하지 않습니다. 특정 순간에 세 가지 출력의 조합은 6가지 유효한 상태 중 하나입니다. 각 상태는 60도의 전기 각도에 걸쳐 있는 로터 섹터에 해당합니다.

컨트롤러에는 6개 상태 각각을 해당 섹터에 전원을 공급해야 하는 한 쌍의 위상에 매핑하는 진리표가 있습니다. 대표적인 매핑은 아래와 같습니다.

표 전체를 읽으면 하나의 완전한 전기 사이클에 대한 상태 순서는 101, 100, 110, 010, 011, 001입니다. 모터가 다른 방향으로 회전하면 정확한 순서가 바뀔 수 있으며 위상 와이어가 교체되면 섹터에 대한 상태 할당이 변경됩니다. 원칙은 동일하게 유지됩니다.

두 가지 사항은 실제 설계 결정의 수를 설명하므로 강조할 가치가 있습니다. 첫째, 홀 조합이 변경될 때마다 컨트롤러는 즉시 다음 전도 상태로 전환할 수 있습니다. 홀 전환 자체는 정류 이벤트로 사용될 수 있습니다. 이것이 정류가 종종 홀 동기화로 설명되는 이유입니다. 둘째, 홀 신호는 전기적 각도 60도당 한 번만 업데이트되므로 분해능은 인코더에 비해 낮습니다. 여러 극 쌍이 있는 모터의 경우 센서 사이의 물리적 간격이 그에 따라 작아집니다. 나중에 전용 섹션에서 기계적 제약 조건에 대해 다시 설명하겠습니다.

각 60도 섹터 내에서 전도 권선의 전류는 일반적으로 DC 버스 전압의 펄스 폭 변조(PWM)에 의해 조절됩니다. 홀 센서는 전류를 조절하지 않습니다. 어떤 위상 쌍이 PWM을 수신할지 결정합니다. 속도는 PWM 듀티 사이클을 변경하여 조정되는 반면 정류 스테핑은 홀 상태에 고정되어 있습니다. 6단계 정류와 PWM의 조합은 사실상 모든 센서 BLDC 팬 및 공랭식 드라이브의 기본입니다.

래치형 홀 IC: 중요한 부품

BLDC 정류 애플리케이션에서 홀 센서는 래칭 모드에서 작동합니다. 일반적으로 단극 스위치가 아닌 양극 래치라고 합니다. 단극 스위치는 한 극성의 필드가 임계값을 초과하면 켜지고 필드가 해당 임계값 아래로 떨어지면 꺼집니다. 이러한 동작은 자석의 존재를 감지하는 데 적합하지만 정류에는 적합하지 않습니다. 정류 센서는 자신의 상태를 기억하고 반대 극이 도착할 때까지 이를 유지해야 합니다. 래치형 홀 IC는 정확히 이 작업을 수행합니다. 즉, BOP 위의 N극을 볼 때 로직 하이를 래치하고 BRP 아래의 S극을 볼 때까지 해제되지 않습니다. 그런 다음 출력은 전기적으로 약 180도 이상으로 높게 유지되고 전기적으로 약 180도 이상으로 낮게 유지되어 정류 논리가 기대하는 균등하게 균형 잡힌 구형파를 생성합니다.

주요 데이터시트 매개변수는 해석하기 어렵지 않습니다. 일반적인 정류 홀 IC의 공급 전압은 3.3~24V DC이며 오픈 드레인 또는 푸시풀 출력이 있습니다. 오픈 드레인 출력에는 외부 풀업 저항이 필요합니다. 푸시-풀 출력은 그렇지 않습니다. 스위칭 임계값 BOP 및 BRP는 Gauss 또는 millitesla로 지정되며 히스테리시스는 이들 간의 차이입니다. 일반적인 래치는 수십 가우스의 작동 지점과 수십 가우스만큼 반대 극성의 해제 지점을 가질 수 있습니다. 실제 숫자는 센서 위치에서 사용 가능한 자속 밀도와 일치해야 합니다. 스위칭 주파수는 모터의 최대 전기 주파수보다 높아야 합니다. 이는 팬 모터의 경우 거의 문제가 되지 않지만 고속 또는 높은 극수 설계의 경우 확인해야 합니다. 주변 온도 범위는 권선에서 흡수되는 열을 포함하여 모터 내부 센서의 최악의 위치를 ​​포함해야 합니다. 증발식 공기 냉각기와 같은 실외 장비의 경우 센서 어셈블리의 내습성도 중요합니다.

미묘하지만 반복되는 설계 문제 중 하나는 홀 센서 배치와 슬롯형 고정자의 자속 사이의 관계입니다. 센서는 회전자 자석만 볼 수는 없습니다. 또한 전원이 공급된 고정자 권선에서 누출 자속도 확인됩니다. 누설 자기장이 충분히 강하면 BOP 및 BRP 임계값을 초과하거나 정류 타이밍이 바뀔 수 있습니다. 표준 해결 방법은 센서를 가리거나 브래킷으로 고정하거나, 고정자 스택 너머에 배치하거나, ​​컨트롤러의 짧은 디바운스 또는 필터를 사용하여 인버터 전환 중에 홀 신호를 일시적으로 차단하는 것입니다. 이는 내구성 있는 모터 설계와 간헐적인 정류 오류가 있는 모터 설계를 구별하는 일반적인 세부 사항입니다.

장착, 정렬 및 극쌍 제약 조건

홀 센서의 기계적 장착은 전기 설계만큼 중요합니다. 팬, 공기 냉각기 및 증발 냉각기를 위한 대부분의 중소형 BLDC 모터에서 3개의 홀 IC는 모터의 비구동 엔드 실드에 장착된 소형 인쇄 회로 기판에 납땜됩니다. 로터는 센서 보드 위를 통과하는 추가 자석을 운반하거나, 아키텍처에 따라 메인 로터 자석이 센서 보드를 지나도록 센서 보드를 배치합니다. 센서 PCB는 커넥터를 통해 컨트롤러 보드에 전기적으로 연결되어 일반적인 5선 인터페이스(VCC, GND 및 3개의 센서 출력)를 형성합니다.

120도의 전기적 간격은 자극 쌍의 수에 따라 달라지는 기계적 각도로 변환됩니다. 하나의 전기 사이클은 하나의 극쌍에 해당하므로 인접한 센서 사이의 기계적 각도는 120도의 전기적 각도를 극쌍의 수로 나눈 값입니다. 2극 모터의 경우 3개의 센서는 기계적으로 120도 간격으로 떨어져 있습니다. 4극 모터의 경우 기계적 간격은 60도입니다. 4개의 극 쌍이 있는 8극 모터의 경우 간격은 기계적으로 30도입니다. 결과적으로 극 수가 증가함에 따라 센서 패키지에 사용 가능한 공간이 줄어들고 정렬 공차가 더 엄격해집니다. 이것이 많은 대형 팬 모터가 적당한 극 수를 고수하는 이유 중 하나이며, 높은 극 수의 모터가 센서 없이 설계되거나 센서가 별도의 보드가 아닌 메인 PCB에 직접 장착되는 이유 중 하나입니다.

정렬은 두 번째 제약 조건입니다. 각 홀 출력의 스위칭 에지가 해당 위상의 고정자 권선을 기준으로 올바른 회전자 각도에서 발생하도록 조립 중에 센서 보드를 배치합니다. 센서가 어느 방향에서든 몇 가지 전기 각도로 잘못 정렬되면 정류 이벤트가 너무 일찍 또는 너무 늦게 도착하여 전류 스파이크, 토크 리플, 진동 및 효율성 손실이 발생합니다. 센서가 심하게 잘못 정렬되면 모터가 전혀 시작되지 않을 수 있습니다. 일부 설계에서는 고속 작동을 위한 위상 전진을 생성하기 위해 의도적으로 센서와 권선 축 사이에 고정 각도를 도입했지만, 그러면 오프셋이 우연이 아닌 일관되고 문서화됩니다.

여러 공냉식 팬 모터에 사용되는 외부 로터 구조는 고정자를 내부에 배치하고 로터 컵을 외부에 배치합니다. 센서 시스템의 확실한 장점은 홀 보드가 고정 고정자 측에 장착되고 자석 링이 회전 컵 내부에 있다는 것입니다. 공극은 예측 가능하며 센서는 외부 공기 흐름으로부터 보호됩니다. 실제 공기 흐름 의무에 직면한 크기의 이 아키텍처의 예로는 DC149-220V-600W 외부 BLDC 공냉식 모터가 대표적인 사례입니다.

DC149 220V 600W 외부 로터 BLDC 공기 냉각기 모터 이 600W 외부 회전자 모터는 고정자 장착 홀 감지의 대표적인 예이며, 실제 공기 흐름 작업에서 안정적인 정류를 위해 예측 가능한 에어 갭과 보호된 센서 배치를 제공합니다. 제품보기 →

배선 및 신호 무결성: 펄스를 컨트롤러로 가져오기

홀 출력은 구형파이지만 빠르게 전환되는 PWM 전류를 전달하는 위상 와이어를 따라 흐르는 케이블을 통해 이동합니다. 주의하지 않으면 신호가 손상될 수 있습니다. 가장 중요한 실무 포인트는 다음과 같습니다.

• 오픈 드레인 홀 출력에는 1k~10kohm의 풀업 저항을 사용하십시오. 이 값은 신호 상승 시간과 내성을 모두 제어합니다. 저항이 너무 낮으면 불필요한 전류가 소모됩니다. 저항이 너무 높으면 에지가 느려지고 커패시턴스에 민감해집니다.
• 컨트롤러 입력 근처에 작은 커패시터(일반적으로 1nF~100nF)를 배치하여 정류 에지 타이밍을 유지하면서 고주파수 잡음을 제거합니다.
• 홀 신호선을 꼬거나 차폐한 상태로 유지하고 라우팅이 허용하는 모든 위상 도체에서 분리하십시오.
• 접지 오프셋을 방지하려면 센서 접지와 컨트롤러 접지를 단일 공통 지점에 연결하십시오. 센서가 별도의 전압 조정기에 의해 공급되는 경우 PWM 과도 상태 동안 조정기 출력이 안정적인지 확인하십시오.
• 긴 케이블의 경우 차동 라인 드라이버 또는 트랜지스터 버퍼를 삽입할 수 있지만 최대 몇 미터의 케이블이 있는 모터의 경우 일반적으로 필터링된 오픈 드레인 신호로 충분합니다.

컨트롤러의 정류 로직은 일반적으로 레벨이 아닌 전환 에지에서 트리거됩니다. 홀 라인에서 추가 전환을 생성하는 소음은 조기 정류를 유발하므로 디바운싱 및 에지 감지가 생산 컨트롤러 펌웨어의 일부입니다. 일부 인버터는 위상 스위칭 중에 몇 마이크로초 동안 홀 입력을 공백으로 유지합니다. 스위칭 노드의 급속한 전압 변화가 용량적으로 센서 와이어에 결합되기 때문입니다.

모터 내부의 추가 보호 조치 중 하나는 커넥터 근처의 각 홀 라인에 있는 직렬 저항입니다. 컨트롤러 측 커패시터와 결합하여 저역 통과 필터를 형성합니다. 모터만 공급하는 경우 모터 커넥터 핀에 VCC, GND, H1, H2 및 H3 라벨이 붙어 있는지 확인하세요. 잘못된 핀아웃은 가장 일반적인 현장 배선 오류이며 공급 극성이 바뀌면 홀 IC가 빠르게 손상될 수 있습니다.

홀 센서와 센서리스 제어: 실제 비교

반복되는 엔지니어링 질문은 센서리스 역기전력 제어가 홀 센서를 대체할 수 있는지 여부입니다. 대용량 애플리케이션에서는 때때로 대답이 '예'이지만 타협이 없는 것은 아닙니다. 홀 센서를 사용한 센서 제어에는 한 가지 결정적인 이점이 있습니다. 즉, 제로 속도에서 작동한다는 것입니다. 이와 대조적으로 센서리스 드라이브는 개방 위상의 역기전력으로부터 회전자 위치를 추정하며 역기전력은 속도에 비례합니다. 정지 상태 및 매우 낮은 rpm에서는 역기전력(back-EMF)이 너무 작아서 측정할 수 없으므로 컨트롤러는 모터를 움직이게 하기 위해 정렬 펄스와 개방 루프 램핑을 적용해야 합니다. 부하 토크가 높거나 시동 중에 변경되면 개방 루프 램프가 실패하거나 모터가 정지되거나 순간적인 역회전이 발생할 수 있습니다.

공기 냉각기, 덕트 팬 및 기타 프로펠러 부하의 경우 팬 자체는 정지 상태에서 매우 낮은 토크를 적용하지만 공기 역학적 부하는 속도의 제곱에 따라 증가합니다. 센서 모터는 첫 번째 홀 전환에서 최대 토크로 시작하므로 컨트롤러가 단순화되고 알려진 방향이 보장됩니다. 펌웨어가 잘 조정되면 센서리스 모터를 시작할 수 있지만 그 노력은 하드웨어가 아닌 소프트웨어로 옮겨갑니다.

일반적으로 센서 제거를 고려하는 주요 이유는 비용과 신뢰성입니다. 홀 센서는 모터 케이블, 커넥터, 센서 PCB 및 조립 시간에 2개 또는 3개의 도체를 추가합니다. 신뢰성 측면에서 센서 또는 납땜 접합이 실패할 수 있는 반면 역기전력 감지에는 추가 이동 또는 자기 부품이 없습니다. 그러나 최신 홀 IC는 올바르게 장착하고 보호할 경우 저렴하고 매우 견고합니다. 몇 달 동안 지속적으로 작동하는 팬 모터의 경우 센서 고장률이 낮습니다. 가장 일반적인 오류는 설치 중 센서 케이블이나 커넥터의 기계적 손상입니다.

궁극적으로 선택은 운영 범위에 달려 있습니다. 정지 상태에서 토크를 생성하거나 저속에서 팬을 유지하거나 안정적인 역회전을 수행해야 하는 모터는 홀 센서의 이점을 누릴 수 있습니다. 무부하 상태에서 회전하는 고정 속도 팬은 세심하게 조정된 시동 루틴을 통해 센서 없이 작동할 수 있습니다. 대부분의 상업용 공냉식 모터, EC 팬 모터 및 저소음 BLDC 팬 모터는 홀 센서를 유지하여 부드럽고 조용하며 저속 작동 및 예측 가능한 시동을 보장합니다.

홀센서 BLDC 모터 선정 시 확인 사항

완전한 모터를 구입하는 경우 일반적으로 홀 센서 모델을 직접 선택하지 않습니다. 모터 제조업체가 그렇습니다. 그러나 센서 품질은 장비의 시동 신뢰성과 서비스 수명에 직접적인 영향을 미치기 때문에 무엇을 확인해야 하는지 알아야 합니다.

먼저 컨트롤러에 대한 센서 공급 전압 범위를 확인하십시오. 5V로 전원이 공급되는 홀 센서가 있는 모터는 센서가 3.3V 작동을 허용하고 풀업이 3.3V 레일에 연결되어 있지 않으면 3.3V 공급에서 작동할 수 없습니다. 많은 최신 홀 IC는 3.3~24V를 포괄합니다. 둘째, 출력 로직을 확인합니다. 오픈 드레인 출력에는 풀업 저항이 필요하며 풀업은 컨트롤러 보드에 있어야 합니다. 셋째, 극 쌍 수와 센서 간격을 확인합니다. 이는 사용자가 구성할 수 없습니다. 넷째, 환경등급을 고려하세요. 모터가 증발식 냉각기의 습한 공기 흐름에 장착되거나 응결에 노출되는 경우 센서 PCB와 커넥터를 보호해야 합니다.

다섯째, 실제 부하로 시작 동작을 확인합니다. 팬 임펠러에는 때때로 약간의 정지 편향이 있습니다. 홀 보드가 잘못 정렬되면 모터가 때때로 뒤로 시작되거나 저속으로 진동할 수 있습니다. 정직한 테스트는 실제 조립에서 이루어집니다. 여섯째, 홀 신호가 손실되면 모터가 어떻게 작동하는지 물어보십시오. 좋은 컨트롤러 펌웨어는 누락된 홀 에지를 감지하고, PWM 생성을 중지하며, 잘못된 정류 패턴을 계속 진행하는 대신 오류를 표시합니다.

마지막으로 더 큰 냉각기에 맞게 모터 크기를 조정하는 경우 기계적 장착 및 샤프트 구성을 비교하십시오. 대형 공기 냉각기용 고전력 외부 회전자 모터는 소형 EC 팬 모터와는 물리적 패키지가 다릅니다. 더 높은 전력 등급에서 DC198-220V-1500W 외부 BLDC 공냉식 모터는 동일한 센서 아키텍처가 확장된 1500W 계층을 나타냅니다.

DC198 220V 1500W 외부 로터 BLDC 공기 냉각기 모터 1500W 등급으로 확장된 이 고전력 외부 로터 모터는 동일한 센서 아키텍처를 공유하므로 기계적 장착 요구 사항이 더 크고 더 큰 쿨러의 크기를 지정할 때 적합한 비교 지점이 됩니다. 제품보기 →

일반적인 홀 센서 결함 및 진단 방법

현장에서는 험, 과전류, 기동불가, 역기동이 반복적으로 나타납니다. 다음 목록에서는 일반적인 오류 모드와 먼저 살펴볼 위치를 다룹니다.

1. 모터가 시작되지 않고 높은 전류를 소비합니다. 일반적으로 컨트롤러는 유효한 홀 상태를 확인하지 않으므로 정류를 시작할 수 없습니다. 원인으로는 센서 연결 끊김, 납땜 브리지 또는 출력 중단 등이 있습니다.
2. 부하가 가해지면 모터가 시작되고 작동한 후 정지합니다. 홀 출력 하나가 때때로 중단되어 정류된 쌍이 잘못됩니다. 원인으로는 연결 불량, 납땜 접합 균열 또는 간헐적인 풀업 접촉 등이 있습니다.
3. 과도한 진동으로 모터가 대략 한 방향으로 작동합니다. 하나의 센서가 오프셋되었거나 해당 임계값이 너무 높아 의도한 각도로 정확하게 전환할 수 없기 때문에 정류 타이밍이 빠르거나 늦습니다.
4. 모터가 간헐적으로 뒤로 회전합니다. 두 홀 라인의 배선 교체로 상태 순서 또는 시동 논리가 반전됩니다. 일부 컨트롤러에서는 이 문제를 펌웨어로 수정할 수 있습니다. 그렇지 않으면 센서의 물리적 순서가 잘못된 것입니다.
5. 모터는 틱틱거리는 소리로 명령된 속도보다 낮은 속도로 작동합니다. 단일 홀 출력이 없거나 항상 높으므로 컨트롤러는 4단계 시퀀스만 강제하고 전체 6단계 토크를 생성할 수 없습니다. 이것은 쉬운 테스트입니다. 로터를 손으로 돌리면서 3개의 출력을 읽습니다. 모두 극 쌍당 정확히 한 번만 토글해야 합니다.

유용한 테스트 절차는 다음과 같습니다. 인버터에서 모터를 분리하고, 정격 VCC의 벤치 전원을 사용하여 홀 보드에 전원을 공급하고, 풀업을 통해 3개의 출력을 로직 전원에 연결한 다음 손으로 회전자를 천천히 회전시킵니다. 오실로스코프에서는 전기 사이클 주변에서 가장자리가 깨끗하고 이중 전환이 없는 6가지 고유한 조합을 볼 수 있습니다. 멀티미터에서는 각 출력이 개별적으로 토글되는 것을 확인할 수 있지만 오실로스코프는 정류에 가장 중요한 부분인 세 채널 간의 타이밍 관계를 보여줍니다.

또한 측정된 센서 간격(기계 각도)을 극 수의 예상 값과 비교합니다. 4극 설계의 경우 3개 센서는 기계 각도가 60도 떨어져 있습니다. 반대쪽 자석 극이 바로 앞에 있는 경우에도 하나의 센서가 계속해서 로직 하이를 보고하는 경우 해당 센서 IC를 교체하십시오. 출력이 자기장을 따르지만 자기 임계값이 미미한 경우 잔류 자속이 더 강한 자석이 일반적으로 해결됩니다.

공기 냉각기, 팬 및 EC 모터 응용 분야에서 홀 센서가 중요한 이유

회사 제품 라인의 애플리케이션은 실질적인 관련성을 보여줍니다. 증발식 공기 냉각기는 단순한 기계이지만 밤에는 느린 속도의 임펠러 부하, 오후에는 높은 공기 흐름, 주 전압 변화 및 습한 공기 흐름 등 까다로운 모터 작업을 나타냅니다. 센서가 장착된 외부 회전자 BLDC 모터는 애플리케이션에 필요한 저속 토크와 보장된 시작 방향을 제공합니다. 외부 로터 구조는 응결 및 오염이 전자 장치에 도달할 수 없는 내부에서 고정자와 홀 보드를 보호합니다. 홀 상태에 동기화된 PWM 제어를 통해 모터는 과열 없이 공칭 속도의 일부로 임펠러를 돌릴 수 있으며 제어 신호가 요구할 때 최대 공기 흐름까지 빠르게 가속할 수 있습니다.

EC 팬 모터는 동일한 등급의 기계입니다. EC라는 용어는 기계식 브러싱을 대체하는 전자 정류를 의미하며, 이는 바로 홀 센서 BLDC 드라이브가 구현하는 것입니다. EC 팬 모터에서 홀 센서는 로터 섹터를 결정하고 컨트롤러는 PWM을 적용하며 통합 장치는 설정점에 대해 속도와 공기 흐름을 조절합니다. 인덕션 팬에 비해 EC 팬의 장점은 부분 부하 시 효율성입니다. PWM 듀티 사이클을 조정하고 홀 상태를 통해 정류를 유지함으로써 소형 EC 팬 모터는 넓은 작동 범위에 걸쳐 향상된 효율성을 제공할 수 있습니다. 220V 공급 장치의 350W급 애플리케이션의 경우 ECF35010 EC 팬 모터가 이 아키텍처의 대표적인 예입니다.

ECF-350-10 220V 350W EC 팬 모터 이 350W EC 팬 모터는 소형 홀 센서 BLDC 정류를 구현하여 소음에 민감한 환경에서 환기 시스템에 향상된 부분 부하 효율성과 조용한 작동을 제공합니다. 제품보기 →

저속에서의 조용한 작동은 환기 장비에서 센서 설계가 선호되는 또 다른 이유입니다. 센서리스 BLDC 드라이브는 역기전력을 읽을 수 있기 전에 단일 단계 시작 단계에서 더 오랜 시간 동안 위상 쌍에 전원을 공급해야 하는 경우가 많으며 이로 인해 하드 컷과 클릭 소음이 발생합니다. 센서가 장착된 모터는 첫 번째 전환부터 올바른 토크 각도로 정류하므로 고정자 힘이 일정하고 조용합니다. 이것이 바로 온실, 가금류 사육장 및 주거용 냉각기를 위한 저잡음 BLDC 모터 설계가 순수한 역기전력 추정기가 아닌 홀 센서에 의존하는 이유입니다.

장비 제조업체의 관점에서 볼 때 시사점은 실용적입니다. 홀 센서 BLDC 모터는 컨트롤러 개발을 단순화하고 시동 신뢰성을 향상시키며 몇 개의 추가 와이어 비용으로 저속에서 토크를 안정적으로 유지합니다. 공기 냉각기 및 팬 산업의 경우 이는 거의 항상 허용되는 거래입니다.

결론

홀 효과 센서는 신비한 액세서리가 아닙니다. 이는 BLDC 모터 전기 사이클의 어느 섹터가 활성화되어 있는지 컨트롤러에 알려주는 작은 래칭 자기 스위치입니다. 120도 간격의 전기 센서 3개는 6개의 이진 코드를 생성합니다. 컨트롤러는 각 코드를 6개의 전도 단계 중 하나로 매핑합니다. 모터는 올바른 토크로 섹터에서 섹터로 전진합니다. 물리적 효과는 간단하며 실제 엔지니어링은 정렬, 배선, 임계값 및 필터링에 있습니다.

팬용 모터, 증발식 냉각기 또는 EC 팬을 선택할 때 홀 센서를 모호한 세부 사항으로 취급하지 마십시오. 품질과 배열은 모터가 매번 시동하는지, 저속에서 조용히 작동하는지, 컨트롤러가 얼마나 안정적으로 전환할 수 있는지를 결정합니다. 전압, 전력 등급, 센서 인터페이스 및 환경 보호를 확인하고 설계를 확정하기 전에 실제 임펠러 부하에서 시동을 테스트하십시오.