벅컨버터 사용 및 그라운드 분리

안녕하세요, 제어쟁이입니다.먼저 강의 수강해주셔서 정말 감사합니다. ㅎㅎ1번 답변강의자료를 바탕으로 설명드리면, 이번 교육용 인버터 키트에서 절연형 DC/DC 컨버터가 아니라 Buck 컨버터를 사용한 가장 큰 이유는 교육용 키트라는 목적, 전압대, 원가, 회로 복잡도를 함께 고려했기 때문입니다. 현재 키트는 24V / 36V 정도의 비교적 저전압 배터리 시스템을 대상으로 하고 있어서, 산업용 고전압 인버터처럼 반드시 절연 전원을 써야 하는 구조는 아닙니다.물론 절연형 DC/DC를 사용하면 고전압 영역과 저전압 제어 영역을 전기적으로 분리할 수 있어서 안전성이나 공통모드 노이즈 측면에서 유리한 점이 있습니다. 그래서 실제 산업 현장에서도 전압이 높아지거나 안전 규격 요구가 큰 경우에는 절연형을 많이 사용합니다. 다만 절연형을 제대로 적용하려면 전원만 절연한다고 끝나는 것이 아니라 PWM 신호, 전류센싱, Fault 신호, 통신 신호까지 전체 시스템 절연 구조를 함께 잡아야 해서 회로가 훨씬 복잡해지고 비용도 올라갑니다. 그리고 한 가지 중요한 점은 절연형을 쓴다고 해서 노이즈가 자동으로 완벽하게 해결되는 것은 아니라는 것입니다. 실제 노이즈 성능은 PCB 레이아웃, 리턴패스, 디커플링, 접지 구조, 게이트 저항, 스너버 같은 요소의 영향도 매우 큽니다. 그래서 이번 키트는 학습 목적에 맞게 비절연 구조로 설계했고, 대신 PGND와 GND를 분리해서 고전류 스위칭 리턴 전류가 MCU나 ADC 쪽으로 최대한 영향을 주지 않도록 설계한 것입니다. 즉 “절연을 안 해서 대충 만든 것”이 아니라, 현재 전압대와 교육 목적에 맞는 현실적인 선택이라고 이해하시면 좋겠습니다. 실제 산업에서는 고전압인 경우에는 게이트드라이버나 컨버터는 거의 필수적으로 절연형을 사용하고 있습니다.2번 답변이 부분은 처음 공부하실 때 많이 헷갈릴 수 있는데,결론은 스위칭 주파수와 모터 회전 속도는 같은 개념이 아니다라고 보시면 됩니다. 강의자료 기준으로 현재 3상 PWM은 TIM1 하나로 생성하고 있기 때문에 U상, V상, W상의 기본 PWM 캐리어 주파수는 동일합니다. 예를 들어 20kHz로 설정하면 세 상 모두 20kHz 기준으로 PWM이 만들어집니다. 다만 BLDC 6step 제어에서는 홀센서 위치에 따라 항상 세 상이 동시에 같은 방식으로 동작하는 것이 아니라, 두 상은 통전하고 한 상은 off(floating) 되는 형태로 구동됩니다. 그리고 RPM은 PWM 주파수로 직접 결정되는 것이 아니라, 모터에 인가되는 평균 전압과 전류, 부하 상태, 전기적 주파수에 의해 결정됩니다. 쉽게 말하면 PWM 주파수는 MOSFET을 얼마나 빠르게 켰다 껐다 할지를 정하는 값이고, 속도는 쓰로틀에 따라 duty를 조절하면서 평균 전압이 바뀌고, 그 결과 모터 토크와 속도가 변하는 구조입니다. 그래서 duty를 올리면 평균 전압이 증가하고, 그에 따라 모터가 더 가속되어 RPM이 올라갑니다. 반대로 스위칭 주파수는 너무 낮으면 전류 리플, 소음, 토크 리플이 커질 수 있고, 너무 높이면 MOSFET 스위칭 손실과 발열이 증가합니다. 즉PWM 주파수는 효율, 발열, 소음, EMI를 보고 정하는 값이고, RPM은 평균적으로 모터에 얼마만큼의 전압/전류를 넣어주느냐에 더 직접적으로 관련된 값이라고 이해하시면 가장 정확합니다.3번 답변이 질문도 실무에서 정말 많이 고민하는 부분입니다. 결론부터 말씀드리면,PGND와 GND를 연결할 때 0Ω 저항 대신 Ferrite Bead를 쓰는 것이 무조건 더 좋다고 보기는 어렵습니다. 0Ω 저항은 사실상 short처럼 동작하면서도, 설계자 입장에서는 “이 지점에서 ground를 한 번 묶는다”는 의미를 명확하게 줄 수 있고, 나중에 부품을 바꿔가며 튜닝하기도 좋습니다.반면 Ferrite Bead는 DC에서는 거의 연결처럼 보이지만, 고주파에서는 임피던스가 커져서 특정 주파수 대역의 노이즈를 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다. 그래서 겉으로 보면 bead가 더 좋아 보일 수 있습니다. 하지만 인버터처럼 스위칭 전류가 크고 di/dt, dv/dt가 큰 회로에서는 bead 양단에 전위차가 생기면서 오히려 그라운드 기준점이 흔들리는 문제가 발생할 수 있습니다. 그러면 ADC 측정값이 흔들리거나 MCU 기준 전위가 불안정해지고, 심하면 통신 오류나 오동작으로 이어질 수도 있습니다. 그래서 실제로 중요한 것은 0Ω이냐 bead냐 자체보다, 고전류 리턴패스와 민감한 신호 리턴패스를 최대한 분리하고, 루프 면적을 줄이고, ground를 어디서 어떻게 만나게 할 것인지를 잘 잡는 것입니다. 실무에서도 처음부터 무조건 bead가 정답이라고 결정하기보다는, 0Ω 자리를 넣어두고 시제품에서 오실로스코프 측정, EMI, 실제 부하 테스트를 하면서 bead로 바꿔보거나 다른 방식으로 튜닝하는 경우가 많습니다. 즉 이 부분은 이론만으로 100% 정답이 정해지는 영역이라기보다는, 초기 설계를 잘 하고 실제 측정 결과를 바탕으로 최적점을 찾는 과정이라고 보시면 됩니다.

EEPROM I2C 풀업저항

안녕하세요. 좋은 질문 감사합니다.본 강의에서는 EEPROM을 직접 다루지는 않아서 회로 설명이 충분하지 않았을 수 있습니다.해당 부분은 교육용 보드에서 EEPROM과 MCU 간 pcb상에서의 물리적인 거리를 짧게 설계하였고,stm32f767의 내부 풀업저항을 사용하려고 한 구성입니다. 교육용 실습 환경처럼 배선 길이가 짧고 통신 조건이 비교적 단순한 경우에는 내부 풀업으로도 동작 가능합니다.다만 일반적으로 I2C 통신에서는 통신 속도, 배선 길이, 버스 용량 등의 조건에 따라 외부 풀업저항을 추가하는 것이 더 안정적인 경우가 많습니다. 그래서 실제 제품 설계나 배선 조건이 달라지는 환경에서는 외부 풀업저항을 넣는 방식도 함께 검토하시는 것이 좋습니다.추가 질문 사항 있으시면 언제든지 문의주세요~!감사합니다:)

센서리스 속도제어기의 Feedback RPM에 따른 속도 진동

안녕하세요. 질문 주신 내용 잘 봤습니다.말씀하신 것처럼 I/F 제어 구간까지는 잘 따라가다가 센서리스 모드로 전환되는 순간 진동이 생기는 경우, 전환 시점의 과도응답 영향도 물론 있을 수 있습니다. 다만 실제로는 제어모드 전환 자체만의 문제가 아니라, 센서리스 알고리즘에서 추정한 속도값이나 각도값이 전환 직후 충분히 안정되지 않은 상태에서 속도제어 feedback으로 바로 들어가면서 진동이 이어지는 경우가 많습니다. 또한 추정기 게인이 너무 큰 경우에 진동이 발생하게 됩니더. 특히 역기전력 기반 센서리스는 저속이나 전환 경계 구간에서 추정값이 민감해질 수 있어서, 추정 RPM이 흔들리면 속도제어기 출력도 같이 흔들리고, 그 결과 다시 추정이 더 흔들리는 형태로 진동이 지속될 수 있습니다. 이 경우에는 역기전력 센서리스 쪽 게인을 조금 더 튜닝해보면 진동이 완화되는 경우가 많습니다. 전환 시점 주변에서 추정 속도값이 얼마나 출렁이는지 먼저 확인해보시고, 필요하면 센서리스 추정부의 게인이나 필터 관련 파라미터를 조정해보시는 것을 권장드립니다. 추가로 전환 시점에서 속도제어기에 들어가는 feedback 신호의 연속성, 초기값 전달, 필터링 상태도 같이 확인해보시면 좋습니다. 해당 부분은 저도 한 번 더 보완해서, 5월 초중순까지 강의 업데이트하면서 설명이나 내용 보강을 진행할 예정입니다. 감사합니다.

측정관련 질문

안녕하세요, 제어쟁이입니다.좋게 봐주셔서 감사합니다.질문 주신 부분 답변드리면,우선 오실로스코프로 확인해보실 때는 스위치의 드레인-소스 전압 Vds 파형과 PWM 출력 파형을 먼저 같이 찍어보시는 것을 추천드립니다.이 두 가지를 같이 보면 실제로 PWM 신호가 어떻게 나가고 있는지, 그리고 그에 따라 스위칭 시점에서 전압이 어떻게 변하는지를 가장 기본적으로 확인할 수 있습니다.보통은 아래 쪽을 우선적으로 보시면 됩니다.MCU 또는 게이트드라이버에서 나가는 PWM 출력 파형MOSFET의 게이트-소스 전압 VgsMOSFET의 드레인-소스 전압 Vds가능하다면 상전류 파형PWM이 정상적으로 출력되는지 확인하려면 먼저 PWM 출력 자체를 보고,실제로 스위치가 제대로 켜지고 꺼지는지는 Vgs와 Vds를 보면 됩니다.그리고 모터 구동 시 전압 변화나 스위칭 노이즈를 보려면 Vds 파형이 가장 직접적입니다.특히 Vds 파형을 보면 스위칭 순간의 링잉, 오버슈트, 턴온/턴오프 시점의 변화 등을 확인할 수 있어서,단순히 PWM이 나간다 수준이 아니라 실제 전력단에서 어떤 일이 일어나는지를 파악하는 데 도움이 됩니다.그리고 데드타임 부분은 정정해서 말씀드리면,200ms가 아니라 200ns 정도의 아주 짧은 시간부터 시작하는 개념으로 보셔야 합니다.실제로는 보통 수백 ns에서 수 us 범위에서 조정하게 되고,이 값은 단순히 감으로 정하는 것이 아니라MOSFET 데이터시트의 turn-on delay, turn-off delaygate driver 특성실제 회로 배선 상태스위칭 파형 측정 결과이런 것들을 같이 보고 정하게 됩니다.즉, 데드타임은 단순히 200ns부터 1us까지 무조건 순차적으로 넣어보는 개념이라기보다는,데이터시트 기반으로 대략적인 시작점을 잡고,그 다음 실제 파형을 보면서 shoot-through가 없는지, 바디다이오드 도통이 과하지 않은지, 파형 왜곡이 심하지 않은지를 확인하면서 조정하는 방식에 가깝습니다.질문 주신 것처럼 모터 전압만 보면 데드타임 차이가 아주 크게 안 보일 수도 있습니다.그래서 데드타임 영향은 모터 전압 파형만으로 판단하는 것보다 상전류 파형에서 훨씬 더 분명하게 보이는 경우가 많습니다.추가로 말씀드리면,데드타임의 영향을 가장 확실하게 보기 좋은 파형은 상전류 파형입니다.데드타임이 너무 짧으면 shoot-through 위험이 생길 수 있고,반대로 너무 길면 전압 왜곡이 생기면서 전류 파형이 찌그러지거나 리플이 증가할 수 있습니다.특히 저속이나 전류가 작은 구간에서는 이런 왜곡이 더 눈에 띄게 보일 수 있습니다.정리해서 말씀드리면,우선은 PWM 출력 파형과 스위치의 드레인-소스 전압 Vds 파형을 먼저 찍어보시고,가능하면 상전류 파형까지 같이 확인해보시는 것이 가장 좋습니다.추가 질문사항 있으시면 댓글 부탁드립니다.감사합니다!

V/F 전압 제어

안녕하세요, 제어쟁이입니다.질문 주셔서 감사합니다.말씀주신 내용 기준으로 답변드리면,theta_I 부분을 주석 처리하면 모터가 바로 회전하지 않는 것이 정상일 가능성이 큽니다.해당 부분은 전기각에 해당하는 sin/cos 값을 만들거나 참조하는 역할이라, 이 값이 정상적으로 들어가지 않으면 좌표변환이나 전압 인가 방향이 맞지 않아서 회전자계를 제대로 만들 수 없습니다.그래서 RpmRef를 주더라도 모터가 돌지 않을 수 있습니다.다만 이 부분은 현재 사용 중이신 코드가강의 중간 실습용 코드인지스테이트플로우가 포함된 최종 코드인지에 따라 확인 포인트가 조금 달라집니다.만약 최종 코드 기반으로 실습 중이시라면, 스테이트플로우 쪽에서 theta 생성이나 운전 모드 전환에 관여하는 부분이 있을 수 있어서, 단순히 theta_I만 주석 처리하면 의도한 동작이 안 나올 수 있습니다.반대로 강의 내용을 따라 직접 수정하신 코드라면, 어떤 부분을 변경하셨는지에 따라 충분히 다른 결과가 나올 수 있습니다.이 부분은 현재 사용 중인 코드 일부를 같이 봐야 정확하게 판단할 수 있습니다.가능하시면 관련 부분을 캡처해서 보여주시면 더 구체적으로 설명드리겠습니다.VdeSet = 1일 때 강의보다 전류가 작게 나오는 부분은, 코드 문제일 수도 있지만 그것만이 원인은 아닙니다. 이론적으로는 조건이 동일하다면 비슷한 전류가 나와야 합니다. theta를 0으로 설정하고 하신건지 확인 부탁드립니다.V/F 강의에서 d축 전압을 바꾼 이유는, q축 전류 제어를 정식으로 한다기보다 실습상 동작을 단순하게 보여주기 위한 목적이 더 큽니다.벡터제어 관점에서 보면,q축: 토크와 직접 관련d축: 자속 방향 성분으로 이해하는 것이 맞습니다.그래서 일반적인 PMSM 토크 제어에서는 q축 전류를 주로 제어하는 것이 맞습니다.다만 강의 해당 구간에서는 완성된 폐루프 전류제어기를 설명하는 목적보다는,전압 인가에 따라 전류가 어떻게 보이는지, 그리고 회전이 어떻게 형성되는지를 실습으로 보여드리기 위해 비교적 단순한 방식으로 진행한 것입니다.즉, 여기서 d축 전압을 바꾼 것은실제 운전에서는 항상 d축만 제어한다는 의미가 아니라,실습 설명을 단순화하기 위한 예시로 이해하시면 됩니다.추가 질문 사항 있으시면 회신 부탁드립니다.감사합니다!

벅컨버터 출력전압

안녕하세요 제어쟁이입니다.벅컨버터로 12V를 만드는 이유는 게이트 드라이버 IC에 전원을 공급해주기 위해서 필요합니다!추가 문의사항 있으시면 댓글 부탁드립니다.감사합니다~!

e_d_hat

안녕하세요. 제어쟁이입니다.먼저, 말씀해 주신 수식 오류를 확인했습니다. 정확한 지적 감사드립니다. 해당 오류에도 불구하고 제어에 큰 영향이 없었던 것은, 고정자 저항값이 작고 큰 부하가 인가되지 않아 성능 저하가 발생하지 않았기 때문입니다. 하지만 잘못된 수식으로 불편을 드려 죄송합니다. 지적해 주신 부분은 수정하여 재업로드하겠습니다. 감사합니다.

벅컨버터 설계시 스위칭 주파수 설정

안녕하세요. 제어쟁이입니다.좋은 질문 감사합니다.ㅎㅎ스위칭 주파수 540kHz 근처 값은 임의로 정한 숫자라기보다, 인덕터 크기와 커패시터 용량, 전류/전압 리플, 효율, 발열을 함께 고려한 절충값입니다. 또한 PCB가 실제로 나오면 기생 성분 때문에 회로도 단계와 파형이 달라질 수 있어서, 보드 테스트 과정에서 주파수나 스너버, 커패시터 구성 등을 조정할 수 있습니다. 특히 EMI/EMC, 스위칭 링잉, 발열 조건을 만족시키기 위해 튜닝이 들어가는 경우가 많습니다. 다만 주파수를 바꾸면 인덕터/커패시터뿐 아니라 보상 회로까지 같이 다시 확인해야 합니다.

실습 질문

(사진)안녕하세요. 제어쟁이입니다.먼저 모터와 파워가 없어도 사진과 같이 ST link와 흰색 USB를 컴퓨터에 연결하시면 보드에 3.3V 전원이 인가되서 기본적인 실습 가능하십니다. 제가 이번 달 내로 강의를 전체적으로 보완/업데이트 할 예정입니다. 불편을 드려 죄송합니다. https://open.kakao.com/o/gsUVs3Uh 오픈채팅방에 들어오셔서 질문하시면 좀 더 빠르게 답변이 가능합니다..! 추가 질문 있으시면 언제든지 문의주세요.감사합니다.

강의 중에 스코프파형 보는 부분 혹은 DAC 출력 질문입니다.

안녕하세요. 제어쟁이입니다.먼저 보고 싶으신 변수를 DAC_FloatToCode(변수/ 최대 값)에 넣으시면 됩니다. 예를들어 현재 아래의 CH1같은 경우는 Theta_est 변수를 DAC로 보는 것이고 실제로는 Theta_est의 최대 값이 6.28까지만 나오지만 마진을 둬서 7.0까지로 설정한 경우입니다.(사진) 교육용 보드의 DAC 측정 포인트는 아래를 참고하셔서 측정하시면 됩니다. (사진)추가 질문 있으시면 댓글 부탁드립니다.감사합니다~!