서보,BLDC 모터 테스터 (BLDC ,Servo Tester)

모터 테스터 제작기

SERVO/BLDC Motor Tester

 

위의 사진은 NE555 타이머를 활용하여 개발한 Servo/BLDC Motor Tester를 나타낸다.

우측의 검은색 모터는 BLDC (Brushless DC) 모터로, 브러시를 사용하는 일반적인 DC 모터와는 달리 브러시 없이 동작하기 때문에 매우 조용한 특징을 가지고 있다.

BLDC 모터는 RC 드론, 비행기의 프로펠러, 헬기의 로터 등에 널리 사용되고 있으며

이 모터는 DC 모터가 아닌 3상 전동기로, 전원 공급을 위한 3개의 케이블로 구성되어 있다.

 

BLDC 모터를 움직이기 위해서는 Electronic Speed Controller (ESC)가 필요한데  ESC는 3상 모터를 동작시키는 인버터 역할을 수행하여 모터의 속도를 제어하게 된다.

이러한 특성으로 인해 BLDC 모터는 안정적이고 효율적인 성능을 제공하며,

특히 RC 비행체에서는 필수적인 구성품 중 하나로 사용되고 있다.

 

본인이 제작한 Servo/BLDC Motor Controller의 동작원리는 아래와 같다.

먼저 서보모터와 BLDC의 동작방법은 조금 다른데 DC Servo의 경우 케이블이 총 3개로 이루어져 있다.

흔히 검정,빨강,하얀(제품에 따라 다를 수 있음) 색으로 이루어져 있으며 검은색은 GND 빨간색은 VCC 하얀색은 SIG핀으로 사용된다.

검은색과 빨간색에는 모터가 필요로 하는 정격 전원을 연결해 주면 되고, 흰색선에는

SIG 신호를 입력해주어야 하는데

대부분의 Servo Motor는 한 주기가 20ms이며 ON_TIME이 1ms~2ms로 동작할 때

Servo Motor가 움직이게 된다.

 

최근에는 180도 각도로 동작가능한 서보모터 뿐만아니라 270도 혹은 360도의 각도로 동작하는 서보모터가 판매되고 있으며 각도에 따라 전체주기나 ON_TIME은 달라질 수 있으므로 사용하고자 하는 모터의 Datasheet를 활용하면 된다.

 

위의 회로는 가변저항을 이용하여 모터의 위치를 실시간으로 제어할 수 있는 기능을 가지고 있다.

출력측 파형을 측정한 사진

https://tv.kakao.com/v/443650956

 

 

위의 영상은 가변저항을 이용하여 서보모터의 각도를 제어하는 모습을 표현한 영상이다.

가변저항 값의 변화에 따라 파형의 변화를 확인할 수 있는데 이때 변하는 파라미터는 ON_TIME이다.

 

BLDC Motor 또한 동일하다.

BLDC Motor를 동작시키기 위해서는 ESC가 필요하다고 말했는데 ESC에 위의 신호와 동일한 신호를

넣어주게 되면 ESC가 신호를 변환하여 BLDC Motor를 동작시키게 된다.

 

아래의 동영상은 BLDC Motor의 속도를 변화시키는 모습을 표현한 동영상이다.

대부분의 BLDC Motor는 고속 회전을 하기 때문에 ESC 자체적으로 Lock이 걸려 있는 경우가 대부분이다.

즉, 배터리를 연결하였을 때 이미 시그널 핀에는 높은 ON_TIME(BLDC 최대출력)이 인가되어 있다고 가정하자.

이런 경우 대부분의 ESC는 동작을 하지 않는다.

 

안전을 위한 일종의 안전장치라고 생각할 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해서는 모터가 요구하는 동작 ON_TIME 중 가장 낮은 ON_TIME을 줬다가 다시 최대 ON_TIME, 그리고 다시 낮은 ON_TIME 순서를 반복하면 Lock이 풀리게 되는데 동영상에서 확인할 수 있듯 ESC에서 발생되는 소리를 통해 Lock 해제를 확인할 수 있다.

 

Lock 방법은 거의 유사하나 ESC 모델에 따라 약간의 차이가 있을 수 있으므로 해당 ESC의 데이터시트를

참고하기 바란다.

 

https://tv.kakao.com/v/443651006

BLDC 모터 동작 모습

 

브레드보드에서 실험을 통해 모터가 정상적으로 동작되는 것을 확인한 후에 PCB를 설계하여 샘플 PCB로 제작하였다.

브레드보드에서 했던 실험과 동일하게 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.

아래의 영상은 PCB를 통해 BLDC를 제어하는 모습이다.

Lock 해제하는 모습 또한 영상에 포함되어 있으니 소리를 들어보는 것도 좋은 방법일 것 같다.

서서히 ON_TIME을 증가시켜보기도 하고 급격하게 범위를 증감시켜 보았으나 정상적으로

동작하는 것을 확인할 수 있었다.

 

https://tv.kakao.com/v/443651045

PCB 기판