모터 제어의 개요자동차, 프린터, 복사기, 공장 자동화 장비, 항공우주 및 군사 장비, 테스트 장비, 로봇 등의 다양한 애플리케이션에 소형 모터(300W 미만)가 이용된다. 생산되는 모터 수량은 전력 레벨에 거의 반비례한다. 다시 말해 소형 모터가 대형 모터에 비해 훨씬 많은 수량으로 생산되고 있다. 가장 널리 이용되는 소형 모터로는 DC, 브러시리스 DC, 스테퍼 모터를 들 수 있다.스테퍼, DC, 브러시리스 DC 모터의 가장 큰 차이점은 구동 방식이다. 스테퍼 모터는 이산 스텝으로 작동한다. DC 및 브러시리스 DC 모터는 연속 모드 아날로그 제어 기법을 이용해 제어된다. 스테퍼 모터는 이산 스텝으로 구동되므로 절대 포지셔닝 애플리케이션에 적합하다. 일반적으로 이용되는 스테퍼 모터는 스텝당 1.8° 또는 0.9°의 정밀 증분으로 동작한다. 스테퍼 모터는 직접적으로 제어되며 스텝 위치가 주된 명령 및 제어 변수이다. 이는 제어 변수가 모터 변압이고 명령 변수가 위치 또는 속도인 DC 모터와 다르다. DC 모터는 피드백 제어 시스템을 필요로 하며 위치를 간접적으로 제어한다. 스테퍼 모터 시스템이 보통은 “개방 루프”로 작동된다.스테퍼 모터스테퍼 모터는 모터 구조, 구동 토폴로지, 스테핑 패턴으로 분류할 수 있다. 스테퍼 모터 구조는 가변 자기저항, 영구 자석, 하이브리드 영구 자석 등의 여러 유형이 있다. 영구 자석 스테퍼 모터는 매우 저렴하며 저가형 가전제품에 주로 이용된다. 하이브리드 스테퍼 모터는 좀 더 비싸고 산업용 모션 제어 애플리케이션에 널리 이용된다. 가변 자기저항 모터는 3위상 또는 5위상이며 각각의 구동 토폴로지를 필요로 한다.스테퍼 모터의 두 가지 널리 이용되는 구동 토폴로지가 유니폴라 및 바이폴라이다. 유니폴라 구동은 4개 트랜지스터를 이용해서 스테퍼 모터의 2위상을 구동한다. <그림 1>에서처럼 이 모터는 모터로부터의 4개 와이어로 2개 중심 탭 와인딩을 이용한다. 이 유형의 모터를 4위상 모터라 하기도 한다.하지만 이 모터가 실제로는 2위상에 불과하므로 이 용어로 부르는 것은 적절하지 않다. 좀 더 정확한 용어는 2위상 6와이어 스테퍼 모터이다. 6와이어 스테퍼 모터를 유니폴라 스테퍼 모터라 하기도 한다. 하지만 6와이어 스테퍼 모터는 유니폴라 구동도 바이폴라 구동도 모두 이용할 수 있다.바이폴라 스테퍼 모터는 <그림 2>에서처럼 8개 트랜지스터를 이용해 2위상을 구동한다. 4와이어 또는 6와이어 스테퍼 모터가 바이폴라 구동을 이용할 수 있다. 4와이어 모터에는 바이폴라 구동만을 이용할 수 있다. 4와이어 모터가 대량생산 애플리케이션에서 비용이 더 저렴하다. 바이폴라 스테퍼 모터 구동이 유니폴라 스테퍼 모터 구동보다 두 배 많은 트랜지스터를 이용한다. 4개 하위 트랜지스터는 보통 MCU로부터 직접적으로 구동된다. 상위 트랜지스터는 더 비싼 하이사이드 구동을 필요로 한다. 바이폴라 구동 트랜지스터는 모터 전원 전압만 견디면 된다. 바이폴라 구동은 유니폴라 구동처럼 클램프 회로를 필요로 하지 않는다.DC 및 브러시리스 DC(BLDC) 모터DC 모터는 모든 소형 모터 중에서 가장 널리 이용되며, 저렴한 타입으로 다양한 애플리케이션에 이용된다. BLDC 모터는 신뢰성을 향상시키고 잡음을 감소시키며 비용을 절감할 수 있다. BLDC 모터는 디스크 드라이브나 컴퓨터 팬 같은 몇몇 특수 대량생산 애플리케이션에서 기존의 일반적인 DC 모터를 대체하고 있다. 특정 애플리케이션에서는 BLDC 모터가 브러시 정류 DC 모터에 비해 이점을 제공한다. 전자 부품 및 센서가 브러시를 효율적으로 대체함으로써 수명을 연장하고, 유지보수를 줄이며, 브러시 잡음을 제거할 수 있다. DC 모터의 특징은 가변 속도 시스템에서 사용하기가 가장 편리한 모터를 제공한다. DC 모터의 하드웨어 구성은 <그림 3>과 같다.모터 제어를 위한 적합한 디바이스 선택모터 제어 등의 특정 애플리케이션을 위한 디바이스를 선택할 때는 디바이스가 제공하는 특징과 해당 애플리케이션에서의 이점을 살펴보아야 한다. 스테퍼, DC, 브러시리스 모터를 흔히 제한적 제어 기능의 특수 기능 IC를 이용해 제어한다. 이들 IC가 기본적으로 마이크로프로세서에 대해 스텝 포워드 및 백 인터페이스를 채택함으로써 시스템 성능을 제한한다.임베디드 시스템에서는 모터를 직접적으로 제어하기 위해 C8051F3xx 같은 소형 폼팩터 MCU를 이용하는 것이 좋다. C8051F3xx는 고성능 모션 제어 솔루션을 제공한다. 이들 MCU 제품은 선형 속도 프로파일을 구현하는 것을 비롯해 요구되는 정밀 타이밍을 발생시키고 모터 구동에 이용되는 패턴을 출력한다. 이들 MCU는 전력 MOSFET을 직접적으로 구동하며, 추가적인 게이트 구동 회로가 필요하지 않으며, 원격 제어 및 분산 시스템을 위한 직렬 통신을 제공한다.전체 스테퍼 모터 드라이브는 소형 스테퍼 모터 뒷면에 간편하게 통합될 수 있다. 다중 모터를 이용한 시스템은 각각의 모터에 단일 소형 MCU를 이용할 수 있다. C8051F3xx는 스테퍼, 브러시리스, DC 모터에 모두 적합하며, 소형 폼팩터로 통합 모터 솔루션에 적합하다. 온칩 UART 및 SMBus를 통해 직렬 통신 및 제어가 이루어진다. 조정된 내부 발진기는 외부 수정발진기의 비용 및 핀 수를 줄일 뿐만 아니라 고속 UART 및 정밀 모터 타이밍을 위한 정밀한 시간 기반을 제공한다. 핀의 개수가 적은 패키지는 모터 및 RS232 트랜시버를 구동할 수 있는 충분한 핀을 제공하고, 2개 I/O 핀은 특수 기능을 위해 이용될 수 있다.Silicon Laboratories의 고도로 통합적인 소형 폼팩터 MCU 제품군인 C8051F3xx는 가전, 산업용, 통신, 자동차 분야의 공간 제한적 저전력 저비용 애플리케이션을 위해 최적화된 다양한 기능을 제공한다.세계 최소형의 MCU 풋프린트(3×3mm)인 C8051F3xx 제품들은 파이프라인 25MIPS 8051 CPU를 이용해서 기존 8051에 비해 20배에서 25배까지 향상된 성능을 제공한다. 그 밖의 온칩 기능으로 소프트웨어 쓰기가능 2~16kB 플래시 메모리, 2% 정밀도 정밀 내부 발진기, 최대 1280바이트 RAM, 최대 10비트 ADC, 온도 센서, 4개 16비트 타이머, 5채널 PCA, 플렉서블 I/O를 포함한다. 이러한 공통된 외부 부품들을 통합함으로써 C8051F3xx는 고가의 대형 이산 부품들을 없애준다. 이러한 모든 기능이 아주 소형화된 마이크로 리드 프레임 패키지(MLP)로 통합됨으로써 시스템 설계자가 부품 수와 전반적인 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 시스템 성능을 향상시킬 수 있다(그림 3).Silicon Laboratories의 MCU 제품이 통합적인 혼성신호 시스템온칩(SoC)을 제공한다. 저비용의 전문적인 개발 툴 및 인시스템 디버그를 이용해서 개발 작업이 신속하고 용이하다. 고도의 통합, 작은 크기, 높은 CPU 쓰루풋, 우수한 아날로그 주변장치를 특징으로 C8051F3xx가 모터 제어를 비롯한 다양한 애플리케이션에 이상적이다.
회원가입 후 이용바랍니다.
개의 댓글
0 / 400
댓글 정렬
BEST댓글
BEST 댓글 답글과 추천수를 합산하여 자동으로 노출됩니다.
댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글수정
댓글 수정은 작성 후 1분내에만 가능합니다.
/ 400
내 댓글 모음
저작권자 © 테크월드뉴스 무단전재 및 재배포 금지