모터 구동 소프트웨어 불필요, 모터 소음을 낮추고 크기 70%까지 축소

소음이 적고 에너지 효율이 높은 가전을 만들기 위한 모터 설계는 현장 엔지니어들의 고민이자 숙제이다. TI(텍사스 인스트루먼트)가 새로운 BLDC 모터 드라이버를 만들기 위한 전제 조건도 이와 다르지 않았다. 

최근 TI는 모터 구동 소프트웨어가 불필요한 사다리꼴 제어 및 자속기준제어(FOC)를 사용한 업계 최초의 70W BLDC 모터 드라이버 제품을 출시한다고 밝혔다. 

AC 유도 모터에서 BLDC 모터로 전환함으로써 전력 소모를 낮출 수 있지만 엔지니어들은 새로운 직면 과제를 맞았다. 바로 설계시간과 보드 크기 증가, 그리고 시스템비용 증가이다.  


푸냐 프라카시, TI BLDC 모터 드라이버 제품 책임자

이에 TI 측은 이번 신제품을 적용하면 엔지니어가 10분 내에 BLDC 모터를 가동할 수 있게 된다고 설명했다. 주요 가전이나 소형 가전을 포함한 다양한 산업용 시스템이나 인공 호흡기와 CPAP(지속기도양압기) 같은 의료용 애플리케이션을 설계할 때, 수 개월의 설계 시간을 단축할 수 있게 되었다는 것.

9일 온라인 미디어 브리핑에 참석한 푸냐 프라카시(Punya Prakash) TI BLDC 모터 드라이버 제품 책임자는 “최근 Code-Free BLDC 모터 드라이버들은 소프트웨어 개발의 부담이 적은 반면 성능을 최적화하기 어렵고, 또한 성능이 일관적이지 않다는 단점에 직면해 있다”며, “BLDC 모터 드라이버의 통합 수준이 높아지고 있지만, 아직 향상되어야 할 부분이 남아 있다”고 말했다. 

이번에 TI가 발표한 MCF8316A는 모터 구동 소프트웨어가 필요없는 센서리스 FOC 모터 드라이버이고 MCT8316A 역시 모터 구동 소프트웨어가 불필요한 사다리꼴형 제어(Trapezoidal control) 모터 드라이버이다. 푸냐 프라카시 제품 책임자는 MCF8316A는 설계자가 모터 저소음 성능을 최적화할 수 있도록 전류 왜곡을 보상하는 특허받은 정밀한 자동 데드 타임  보상 기술이 포함되어 있고, MCT8316A는 설계자가 가변적 사다리꼴 제어 기법을 사용해서 모터 소음을 낮출 수 있다는 이점이 있다고 소개했다.

수개월의 개발 시간을 단축해 

특히, 이번 신제품은 통합된 실시간 제어 기능과 파워 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 포함한 최대 18개의 개별 구성 요소를 갖춰 시스템 응답 시간을 단축하는 동시에 보드 공간을 최대 70%까지 줄이며 동급 최고의 저소음 성능을 제공한다. 

MCF8316A와 MCT8316A BLDC 모터 드라이버는 소프트웨어를 개발, 유지 보수할 필요없는 고유한 정류 제어 알고리즘이 포함되어 있어 수개월의 개발 시간을 단축할 수 있다. 이러한 알고리즘은 높은 수준의 통합과 함께 모터 드라이버가 모터 결함 감지와 보호 메커니즘 같은 다수의 기능을 통합함으로써 시스템 신뢰성을 높인다. 또한, 이 모터 드라이버 제품들은 센서리스 기술을 적용해서 회전자  위치를 계산하므로 외부 홀 센서 필요성을 제거하고 이를 통해 시스템 비용을 낮추고 신뢰성을 높인다.



MCF8316A 센서리스 FOC(field-oriented control) 모터 드라이버는 지능적으로 모터 파라미터를 추출함으로써, 설계자가 모터 제조 변형에 상관없이 일관된 시스템 성능을 제공하면서 모터를 빠르게 튜닝할 수 있도록 한다. 또한, MCT8316A 센서리스 사다리꼴 제어 모터 드라이버는 설계자가 5개 하드웨어 핀만을 사용해서 모터를 튜닝할 수 있으므로 마이크로컨트롤러(MCU) 인터페이스의 필요성을 제거하고 간소화할 수 있다.

푸냐 프라카시 제품 책임자는 “자체적으로 모터 파라미터를 추출해서 제조 상의 변동성을 제거하고 일관된 성능 달성한다. 전류 루프를 자동으로 조절하므로 모터 튜닝에 소요되는 시간을 단축할 수 있다”고 말했다. 또한 특화기능인 우수한 저소음 특성에 대해서는 “특허 기술인 정밀 자동 데드 타임 보상 기능을 사용해서 소음을 감소시켰다”고 덧붙였다. 

이 제품들을 사용하면 보드 공간을 70%까지 축소하고 모터 시스템을 위한 총비용을 절감하는 이점도 있다. 이 디바이스들은 3개의 게이트 드라이버와 온 상태 저항(RDS(on))이 50mΩ인 6개의 하이 사이드와 로우 사이드 MOSFET을 통합했으며, 12V 및 24V 시스템으로 8A의 피크 전류로 최대 70W 전력 달성이 가능한 업계 최초의 BLDC 모터 드라이버다. 이 밖에도 이 모터 드라이버 제품들은 저손실(LDO) 레귤레이터 , DC/DC 스텝 다운(벅) 레귤레이터 , 전류 감지 증폭기 같은 소자들을 통합함으로써 최대 18개 디스크리트 집적회로(IC)를 제거할 수 있다.