FG 신호분석

전자부품
1. BLDC모터
  1. FG 신호분석 - 이 페이지
2. 참조
  1. 다각형거울모터 지터측정
다각형 거울 모터에서
1. 측정조건
  1. 파형 발생기 33120A에서 나오는 1kHz square wave 0-4V 파형분석
  2. 시간 간격 분석기 TA720로 분석
    1. 내부 기준 클럭을 사용함
  3. 계산식 엑셀 테이블
    1. 1kHz 입력클럭
      1. 10,000rpm
      2. 166.666... rot/sec
      3. 360도,1회전 주기 = 6msec
      4. 1도 회전주기 = 16.7usec
      5. 자석극수 6쌍이므로 FG 신호주기 = 1msec
    2. 3kHz 입력 클럭
      1. 30,000rpm
      2. 500 rot/sec
      3. 360도,1회전 주기 = 2msec
      4. 1도 회전주기 = 5.556usec
      5. 자석극수 6쌍이므로 FG 신호주기 = 333.333...usec
2. 측정 샘플
  1. 신호추출 방법
  2. 회전자
    - 6극(N-S)이므로 12개 패턴이 보인다.
  3. 3kHz 입력에 대한, FG 출력파형(24V 10kΩ연결)
    1. 그래프
    2. 설명
      1. 출력주파수 3kHz나온다. 측정전압은 오실로스코프 프루브 입력저항 1MΩ에서 11V나온다.
        
        입력전압의 약 50% 나오므로, FG센서의 off된 drain 저항은 10kΩ로 추정된다.
      2. 6극이므로 6개 펄스가 1회전이다.
      3. FG 출력파형 모양. rise time 0.75usec이다. 이는 회전수와 관계없이 항상 일정하다.
        
        상승 1us, High, 하강, Low 유지시간을 1us로 보면, 1주기 약 5us이라면, 200kHz 스위칭 속도를 갖는다.
3. 10,000rpm에서 측정 결과
  1. 파형 발생기가 출력하는 원시 신호 품질
    1. 펄스 주기 그래프(N=6,000), 측정된 평균 주기는 +0.6ppm
    2. 표준편차 ~10nsec를 보인다.
      1. 변동계수(CV;Coefficient of Variation)는 0.001% 이다.
  2. 모터에 1kHz 클럭 가해서, 10krpm으로 회전시키면서 FG 신호를 분석함.
    1. 펄스 주기 그래프(N=60,000)
    2. 설명
      1. 측정된 평균 주기는 +0.6ppm 차이난다. 당연히 원시 신호 주기와 같다.
      2. 회전자에 고무자석이 6극(N-S쌍)이다. 그러므로 6개 신호군집으로 구분된다.
      3. 6개 군집신호 간 차이가 약 25usec 차이난다. 이는 360도에서 약 1.5도 차이이다. 착자 위치 오차이다.
        
        착자 위치는 이 제품에서 제조 때 고정되었기 때문에, 회전속도에 무관하게 항상 일정할 것이다.
        즉, 변동계수 0.8%는 정상 회전에서는 항상 일정해야 한다.
  3. 6개 군집신호에서, 3번째 신호 분석
    1. 펄스 주기 그래프(N=10,000, 6만개 펄스에서 6극자석이므로 어느 한 극에서 나오는 신호만 분석하므로 1만개가 된다.)
    2. 설명
      1. P-P 240nsec, 표준편차 26nsec가 회전속도 절대편차이다. 변동계수 0.0026% 이다.
      2. 원시 신호 변동보다 약 2.5배 커진다.
4. 30,000rpm에서,
  1. 6개 파형 모두
    1. 파형
      - Y축이 logarithmic scale
      - Y축이 linear scale
    2. 평균: 333.333490us
      1. 파형발생기와 분석기의 타이밍이 서로 정확히 맞다면, 333.333333us이어야 한다.
      2. 0.47ppm(0.014rpm) 늦게 도는 것으로 측정되었다.
    3. P-P: 7.46us
      1. 6개 피크 중심으로 계산하면(아래 6개 그래프의 중심값으로 계산하면) 337.044us-330.141us=6.9us
      2. 1 회전하는데 주기가 2ms이다. 6.9us/2ms * 360도 = 1.24도 차이난다.
      3. 즉, 6개의 N-S 착자 틀어짐은 최대 1.24도이다.
  2. 왼쪽부터 차례대로 6개 개별 산포. N=60,000 이므로 2분동안 회전 샘플링하였다.
    1. 6개 개별 주기 산포
    2. 평균, 표준편차, 변동계수
      1. 330.141us 66.6ns 0.020%
      2. 330.971us 47.6ns 0.014%
      3. 333.436us 12.4ns 0.0037%
      4. 333.761us 11.6ns 0.0035%
      5. 334.649us 24.4ns 0.0073%
      6. 337.044us 12.7ns 0.0038%
    3. 평균 최고값 - 최소값 = 337.044us - 330.141us = 6.9us 착자 각도 오차이다.
    4. 표준편차
      1. 6개 표준편차가 다른 이유
        
        만약 1회할 때 360도 균일하게 회전한다면, 6개 검출되는 피크에서 표준편차는 일정해야 한다.
        11.6ns부터 66.6ns 차이가 나므로, 360도에서도 불균하게 회전한다.
      2. 가장 작은 표준편차 11.6ns 의미
        
        2분간, 총 6만번 회전에서 발생되는 rpm 변동이다.
        1회전 주기 2ms이므로, 11.6ns/2ms = 5.8ppm, 3만rpm에서는 표준편차 0.005rpm 이 생긴다.