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가전기기 디자인의 절전 및 설계 간소화 실현하기



많은 애플리케이션이 전기 모터를 사용해서 삶을 편리하게 만든다. 이러한 것으로서 가전기기, 전동 공구, 자동차 애플리케이션을 들 수 있다. 냉장고 순환 팬 및 컴프레서 팬, 세탁기 배수 및 급수 펌프, 공기청정기, 선풍기(그림 1) 같은 가전기기에 사용되는 모터는 필요로 하는 전력이 최대 80와트에 이르는 반면에, 산업용 애플리케이션에 필요로 하는 전력은 5와트부터 수 킬로와트까지 이를 수 있다.

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그림 1: 주요 가전기기

전통적으로 이들 가전기기에는 단일 위상 AC 유도 모터를 사용했다. 그런데 영구 자석을 사용한 모터가 개발되면서 많은 업체들이 3위상 브러쉬리스 DC(BLDC) 모터를 개발하고 제조함에 따라서 작은 크기로 단일 위상 유도 모터와 동일한 토크 수준을 지원할 수 있게 되었다. BLDC 모터는 물리적 및 기계적으로 복잡하기는 하나, 효율이 우수하고 조용하게 동작하고 시스템 설계에 있어서 유연성을 가능하게 한다. 이 글에서는 TI의 모터 구동 기술을 사용해서 어떻게 모터 시스템을 간소화하고 높은 효율, 조용한 동작, 시스템 신뢰성을 달성할 수 있는지 설명한다.

그림 2는 동일한 부하 조건으로 모터 유형에 따른 전력 효율을 보여준다. 이 데이터는 100와트 미만 모터에 대한 것이다. 그림을 보면, 저전력(100W 미만)으로 3위상 BLDC 모터가 효율이 높다는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라 BLDC 모터는 수명이 길고 브러쉬를 사용하지 않으므로 전기적 잡음이 극히 낮다. 그러므로 가전기기 같은 다양한 애플리케이션으로 신뢰하게 동작한다.

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그림 2: 효율 비교

또 다른 고려할 점은, 각 지역마다 전원 콘센트 정격이 다르다는 것이다. 이 정격에 따라서 단일 위상 AC 유도 모터의 전력과 주파수가 결정된다. 미국은 120VAC/60Hz AC 라인을 사용하고, 유럽은 230VAC/50Hz 라인을 사용한다. 그러므로 각 지역의 출력 전력 요구에 따라서 각기 다른 단일 위상 AC 모터를 사용해야 하므로 회로 설계가 복잡해진다. AC 라인으로 바로 연결되는 단일 위상 AC 유도 모터는 모터 속도를 제어할 수 있는 유연성을 제공하지 않는다. 게다가 작동 시에 심한 전기적 및 기계적 소음을 발생시킨다.

3위상 BLDC 모터는 모터를 구동 및 제어하기 위해서 추가적인 회로를 필요로 하며, 설계 복잡성 때문에 경험이 많지 않은 디자이너가 단일 위상 AC 유도 모터에서 3위상 BLDC 모터 시스템으로 이전하기가 쉽지 않을 수 있다. 이럴 때 TI의 모터 드라이버를 사용함으로써 단일 위상 AC 유도 모터에서 3위상 BLDC로 손쉽게 이전할 수 있다. 이 기술백서에서는 단일 위상에서 3위상 BLDC 모터로 이전함으로써 에너지를 절감할 수 있다는 것에 대해서 설명한다.

TI의 통합적인 모터 드라이버 제품은 단일 패키지로 제어 로직, 게이트 드라이버, FET을 통합함으로써 설계를 간소화하고 시스템 비용을 낮출 수 있다. DRV10987은 TI의 고유의 180도 센서리스 사인파 알고리즘을 사용해서 높은 효율과 극히 조용한 동작을 달성한다. 이 제품군은 가전기기 애플리케이션에 주로 사용되는 전압으로서 12V 및 24V 버스 전압을 지원한다.

DRV10987은 24V 시스템에 적합하며 EMI 관리 차원에서 슬루율과 출력 PWM 주파수를 조절할 수 있다. 그러므로 EMI 를 필터링하기 위한 외부적 회로가 필요하지 않으며 BOM 비용과 PCB 공간을 절약할 수 있다.

다양한 구성의 지능적인 모터 드라이버 제품과 함께, TI는 세탁기/건조기, 냉장고, 공기청정기, 가습기, 선풍기 용으로 완벽하게 테스트를 거친 레퍼런스 디자인을 제공한다. 또한 개발을 간소화할 수 있도록 테스트 데이터, 소스 파일, 설계 가이드를 제공하므로 개발 시간을 단축할 수 있다. 이러한 레퍼런스 디자인으로서 공기청정기 팬 용으로 24V 50W BLDC 모터 사인파 구동 레퍼런스 디자인은 3위상 사인파 DRV10983을 채택한 것이다.

표 1은 단일 위상 AC 유도 모터 시스템과 비교해서 3위상 BLDC 모터의 장점을 요약하고 있다.

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표 1: 가전기기 용으로 BLDC와 AC 모터 시스템 비교

TI의 통합적인 모터 구동 제품을 사용함으로써 저전력 가전기기 애플리케이션 용으로 3위상 브러쉬리스 DC 시스템 설계를 간소화하고 크기를 소형화할 수 있다. 이러한 가전기기 애플리케이션으로 전력 소모를 낮추고 높은 효율과 조용한 동작을 달성할 수 있다.






leekh@seminet.co.kr
(끝)
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