BLDC 컨트롤러의 FOC(현장 지향 제어) 이해

소개 소개: 전기 드라이브에서 제어 알고리즘이 중요한 이유

전기 모빌리티가 발전함에 따라 사용자는 강력할 뿐만 아니라 부드럽고 조용하며 에너지 효율이 높은 모터를 기대합니다.

여기에서 FOC - 현장 중심 제어 - 를 정의하는 기술이 됩니다.

간단히 말해서, FOC를 사용하면 컨트롤러가 BLDC(브러시리스 DC) 모터 처럼 정밀하게 튜닝된 악기, 를 클릭해 토크와 속도를 실시간으로 조정합니다.

전기 자전거, 스쿠터 및 오토바이의 경우 이는 다음을 의미합니다. 즉각적인 반응, 부드러운 가속, 높은 효율성, 낮은 소음.

에서 JRAHK, 우리의 3모드 골드 시리즈 사인 FOC 컨트롤러 는 이 고급 제어 개념을 기반으로 제작되어 차세대 개인용 및 산업용 전기 자동차에 프리미엄 성능을 제공합니다.

사각파에서 FOC로의 진화

기존 BLDC 모터 컨트롤러 사용 사각형파(또는 사다리꼴) 정류 - 60도마다 모터 위상 간에 전류를 전환하는 간단한 방법입니다.

효과적이기는 하지만 한계가 있습니다:

• 가청 모터 소음
• 덜 효율적인 에너지 사용
• 저속에서의 토크 리플

이러한 문제를 극복하기 위해 엔지니어들은 사인파 제어 - 정현파 전류 파형으로 모터를 구동합니다.

이로 인해 이미 운영이 더 원활해졌습니다.

하지만 FOC는 더 나아갔습니다:

각 단계를 독립적으로 제어하는 대신, 모터 제어를 회전 기준 프레임으로 변환합니다., 를 사용하여 자기장을 동적으로 정렬합니다. 최대 토크 및 최소 손실.

즉, FOC는 단순히 모터에 전류를 밀어 넣는 것이 아니라 다음에 대해 “생각”합니다. 어디 를 눌러 푸시합니다.

현장 중심 제어의 원리

FOC를 이해하기 위해 BLDC 모터에 두 개의 자기장이 있다고 상상해 보세요:

• 그리고 로터 필드 (영구 자석에 의해 생성됨)
• 그리고 고정자 필드 (모터 권선의 전류에 의해 생성됨)

목표는 다음 두 필드를 유지하는 것입니다. 수직(90° 간격) 를 항상 유지하여 최소한의 전력으로 최고의 토크 출력을 보장합니다.

d-q 좌표 변환

FOC는 세 가지 모터 단계(A, B, C)로 생각하는 대신 이를 두 가지 가상 구성 요소로 수학적으로 변환합니다:

• D축(직접 축) - 로터의 자기장에 맞춰 정렬됩니다.
• Q축(구적축) - 로터 필드에 수직입니다.

그러면 컨트롤러가

1. 로터 위치를 측정하거나 추정합니다(홀 센서 또는 백-EMF 사용).
2. 3상 전류를 d-q 프레임으로 변환합니다( 클라크와 파크의 혁신).
3. D축 전류(자속)와 Q축 전류(토크)를 개별적으로 조절합니다.
4. 이를 다시 3상 신호로 변환하고 PWM을 통해 MOSFET에 적용합니다.

이를 통해 다음을 수행할 수 있습니다. 벡터 제어 - 선형적이고 빠르며 효율적인 토크 제어가 가능합니다.

실제 FOC: JRAHK의 실제 사례

이제 JRAHK 3모드 골드 시리즈 사인 FOC 컨트롤러 를 예로 들 수 있습니다.

스로틀을 돌리거나 페달을 밟기 시작할 때:

• 컨트롤러는 로터 위치와 속도를 즉시 계산합니다.
• FOC 알고리즘은 이상적인 d-q 전류 값을 결정합니다.
• MOSFET은 고주파 PWM 신호로 스위칭되어 전류 파형을 형성합니다.
• 그 결과 부드러운 토크, 조용한 작동, 효율적인 배터리 사용이 가능해졌습니다.

FOC 루프가 실시간으로 자기 토크와 자속을 최적화하기 때문에 급가속이나 무거운 짐(언덕을 오르거나 화물을 운반하는 등)을 싣는 동안에도 모터는 안정적이고 예측 가능한 느낌을 줍니다.

FOC의 하드웨어 요구 사항

FOC를 구현하려면 구형파 시스템보다 더 높은 계산 정밀도와 센서 피드백이 필요합니다.

그렇기 때문에 JRAHK와 같은 고급 FOC 컨트롤러는 다음과 같은 조합을 사용합니다:

이러한 감지, 계산 및 전력 전자 장치의 통합은 FOC 컨트롤러를 단순한 구형파 드라이버보다 훨씬 더 “지능적”으로 만드는 요소입니다.

FOC 제어의 이점

현장 지향 제어는 성능, 편의성, 효율성 전반에 걸쳐 측정 가능한 개선을 제공합니다:

여러 전기 자동차 애플리케이션에 걸쳐 수행된 테스트에서 FOC는 다음과 같은 결과를 보여주었습니다. 5-15% 더 높은 전체 효율성 특히 가변 부하 조건에서 표준 6단계 제어와 비교했을 때 더욱 그렇습니다.

센서와 센서리스 FOC

JRAHK의 FOC 컨트롤러는 두 가지 제어 모드를 모두 지원합니다:

센서드 FOC

홀 센서 또는 인코더를 사용하여 로터 위치를 결정합니다.

• 장점: 뛰어난 저속 시동 및 언덕 오르기 토크.
• 이상적인 대상: 화물 자전거, 전기 오토바이, 산업용 애플리케이션.

센서리스 FOC

백-EMF 및 현재 피드백을 통해 위치를 추정합니다.

• 장점: 전선 수 감소, 비용 절감, 내구성 향상(센서 고장 없음).
• 이상적인 대상: 공유 스쿠터, 중속 전기자전거, 밀폐형 시스템.

듀얼 모드 자동 감지

많은 JRAHK 모델에는 다음과 같은 기능이 있습니다. 자동 감지 - 컨트롤러가 센서의 존재 여부를 식별하고 올바른 알고리즘으로 전환하여 플러그 앤 플레이의 다양한 기능을 보장합니다.

FOC와 기존 컨트롤러 비교

다음을 결합하여 사인파 하드웨어 와 함께 FOC 알고리즘, 를 통해 안정성을 저하시키지 않으면서도 원활함과 효율성을 모두 달성합니다.

JRAHK FOC 컨트롤러의 설계 하이라이트

JRAHK의 세 가지 모드 골드 시리즈 는 고급 FOC 플랫폼이 어떤 모습인지 보여줍니다:

• 전력 범위: 250W - 5000W
• 전압 옵션: 36V - 84V
• MOS 튜브 변형: 6 / 9 / 12 / 15 / 18 / 24
• 현재 처리: 최대 80A 연속
• 제어 모드: 사인파, FOC, 구형파
• 프로토콜: 디스플레이 통신을 위한 UART 인터페이스
• 보호: 과전압, 과전류, 과열, 역극성

각 모델은 고강도 알루미늄 하우징 효율적인 열 방출을 위해 고부하 및 연속 사용 조건에서 안정적인 작동을 보장합니다.

FOC 컨트롤러의 애플리케이션

부드러운 토크와 높은 정밀도로 인해 FOC 컨트롤러는 널리 사용됩니다:

• 고급 전기 자전거 및 카고 자전거 - 조용하고 자연스러운 페달 어시스트 느낌
• 전동 스쿠터 - 부드러운 스로틀 및 회생 제동
• 전기 모터사이클 - 높은 토크와 강력한 가속력
• 로봇 공학 및 AGV - 정밀한 모션 제어 및 저소음
• 산업용 드라이브 - 효율적인 연속 운영

모든 경우의 이점은 다음과 같이 직접적으로 해석됩니다. 배터리 수명 연장, 냉각기 작동, 및 더 나은 승차감.

향후 전망: 스마트 FOC 시스템을 향하여

IoT와 AI 기술이 계속 발전함에 따라 차세대 FOC 컨트롤러는 통합될 것입니다:

• 적응형 학습 알고리즘 셀프 튜닝 제어 루프용
• 클라우드 연결 성능 모니터링용
• 예측 진단 모터 및 배터리 건강을 위해
• CAN 및 BLE 통신 스마트 차량 통합을 위한

JRAHK의 R&D 로드맵은 이미 이러한 트렌드에 맞춰 다음과 같은 개발을 진행하고 있습니다. 스마트 BLDC 컨트롤러 지능형 전력 관리와 데이터 연결을 하나의 원활한 플랫폼으로 통합합니다.

결론

현장 지향 제어는 브러시리스 모터 기술의 최첨단을 나타냅니다.

FOC는 모터 내부의 자기장을 지속적으로 정렬함으로써 다음과 같은 완벽한 균형을 달성합니다. 성능, 효율성, 부드러움.

이는 제조업체와 라이더 모두에게 중요한 의미를 갖습니다:

• 더 조용한 차량
• 더 빠른 응답
• 더 긴 범위
• 더 스마트한 에너지 관리

에서 JRAHK, 경량 전기 자전거부터 고성능 모터사이클에 이르기까지 전기 모빌리티 전반에 걸쳐 이러한 혜택을 누릴 수 있도록 하는 것이 저희의 사명입니다.

지능형 모터 제어 분야에서 수년간의 R&D를 통해 당사의 FOC 사인 컨트롤러 는 단순한 부품이 아니라 더 원활하고 효율적인 전기 운송의 미래를 위한 토대입니다.