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산업계측제어기술사

Unipolar, Bipolar

Unipolar, Bipolar 비교

Unipolar · Bipolar PWM

PWM · H Bridge · Bipolar · Unipolar · Upper Switch · Lower Switch · Motor Voltage · Short

1. H Bridge 구조

NeoStudio에서는 Motor를 구동하기 위한 H Bridge 구조를 기준으로 Bipolar PWM과 Unipolar PWM을 비교한다.

               Vdc                 Vdc
                │                   │
               T1                  T3
                │                   │
                ├────── Motor ──────┤
                │                   │
               T2                  T4
                │                   │
               GND                 GND
    

Motor 양단의 전압차를 변경하여 전류와 Motor 동작을 제어하는 구조이다.

2. Bipolar PWM

NeoStudio에서는 Bipolar 방식에서 대각선 방향의 Switch를 하나의 Set로 제어한다고 기록한다.

  • T1, T4
  • T2, T3
               Vdc                 Vdc
                │                   │
              [T1]                 T3
                │                   │
                ├────── Motor ──────┤
                │                   │
               T2                 [T4]
                │                   │
               GND                 GND

               T1 + T4 ON
    
Bipolar PWM에서는 H Bridge의 대각선 Switch를 Set로 제어한다.

3. Bipolar의 반대 Switch Set

반대 방향으로 전압을 인가할 때는 T2와 T3를 하나의 Set로 사용한다.

               Vdc                 Vdc
                │                   │
               T1                 [T3]
                │                   │
                ├────── Motor ──────┤
                │                   │
              [T2]                  T4
                │                   │
               GND                 GND

               T2 + T3 ON
    
T1 + T4 ↔ T2 + T3

4. 동일 Leg의 동시 ON 금지

NeoStudio에서는 같은 Leg의 Upper Switch와 Lower Switch가 동시에 켜지면 Short가 발생한다고 기록한다.

T1 + T2 동시 ON → Short → 사용 불가

반대쪽 Leg의 T3, T4도 같은 관계로 표시되어 있다.

같은 Leg의 상·하 Switch를 동시에 ON하지 않는다.

5. Bipolar 출력 전압

Bipolar PWM에서는 Switch Set가 변경되면서 Motor 양단 전압의 방향도 변경된다.

      Voltage

        + ┌───────┐       ┌───────┐
          │       │       │       │
      0 ──┘       └───────┘       └──── Time
                  │       │
        - ────────┘       └────────
    

NeoStudio에는 Motor 양단의 V1과 V2의 차이를 이용한다는 메모가 있다.

Motor Voltage = V1 – V2

6. Bipolar PWM의 전류 제어

NeoStudio에서는 Bipolar 방식에서 Switch의 ON/OFF 시간을 조절하여 Motor 전류를 제어하는 흐름으로 기록한다.

PWM 시간 조절 → Motor 양단 전압 조절 → 전류 조절

7. Unipolar PWM

두 번째 페이지에서는 Unipolar PWM의 H Bridge 동작을 정리한다.

               Vdc                 Vdc
                │                   │
               Q1                  Q3
                │                   │
                ├────── Motor ──────┤
                │                   │
               Q2                  Q4
                │                   │
               GND                 GND
    

8. Unipolar에서 한쪽 Switch 고정

NeoStudio에는 Unipolar 구동에서 Q3를 항상 ON 상태로 두는 예가 기록되어 있다.

Q3 → 항상 ON

반대쪽 Leg의 Q1과 Q2를 ON/OFF하면서 Motor 전압을 조절한다.

9. Q1 · Q2의 PWM 제어

Q1과 Q2는 서로 ON/OFF 상태를 바꾸면서 PWM을 형성하는 것으로 기록되어 있다.

      Voltage

         ┌──────┐        ┌──────┐
         │      │        │      │
      ───┘      └────────┘      └──── Time

         ↑               ↑
       Q1 ON           Q1 ON

              Q1 OFF
              Q2 ON
    

NeoStudio에서는 이 PWM의 평균전압을 Va*로 표시한다.

10. 평균전압

PWM의 ON/OFF 비율에 의해 평균전압을 조절하는 구조로 기록되어 있다.

PWM → 평균전압 Va*

11. Motor 전류와 전압차

NeoStudio에는 Motor 전류가 DC Link 전압 Vdc와 평균전압 Va*의 차이에 비례하는 방향으로 기록되어 있다.

Current ∝ Vdc – Va*
PWM의 평균전압을 변경하여 Motor에 걸리는 전압차와 전류를 조절한다.

12. 반대 방향 운전

NeoStudio에서는 반대 방향으로 운전할 때 고정하는 Switch를 반대쪽으로 변경하는 흐름을 기록한다.

Q3 대신 Q4를 사용하는 방향의 메모가 있다.

운전 방향 변경 → 반대편 Switch 사용

13. Upper Switch · Lower Switch

NeoStudio 마지막에는 H Bridge의 Switch를 위치에 따라 다음과 같이 구분한다.

  • Upper Switch
  • Lower Switch
              Vdc
               │
          Upper Switch
               │
             Motor
               │
          Lower Switch
               │
              GND
    

14. Bipolar와 Unipolar 비교

구분 Bipolar Unipolar
H Bridge 대각선 Switch를 Set로 제어 한쪽 Switch를 고정하고 다른 Leg를 PWM 제어
Switch 예 T1·T4 / T2·T3 Q3 고정 ON, Q1·Q2 ON/OFF 예
제어 대상 Motor 양단 전압의 방향 전환 PWM 평균전압 조절
전류 제어 PWM 시간 조절 Vdc와 평균전압의 차를 조절

15. NeoStudio 전체 흐름

                      H Bridge
                         │
             ┌───────────┴───────────┐
             ▼                       ▼
          Bipolar                 Unipolar
             │                       │
       대각선 Switch             한쪽 Switch
       Set로 제어                  고정 ON
             │                       │
       T1 + T4                  Q3 항상 ON
       T2 + T3                      │
             │                  Q1 / Q2 PWM
             ▼                       │
       Motor 전압                 ▼
       방향 변경             평균전압 Va*
             │                       │
             └───────────┬───────────┘
                         ▼
                   Motor 전류 제어
    

16. NeoStudio 핵심 정리

항목 NeoStudio 내용
회로 4개의 Switch를 이용한 H Bridge
Bipolar T1·T4, T2·T3를 Set로 제어
동시 ON 금지 같은 Leg의 Upper·Lower Switch 동시 ON → Short
Motor Voltage V1 – V2
PWM 시간 비율을 조절하여 전류 제어
Unipolar 예 Q3 항상 ON
PWM Switch Q1·Q2 ON/OFF
평균전압 Va*
전류 관계 Vdc – Va*에 비례하는 방향으로 기록
Switch 위치 Upper Switch / Lower Switch
이 HTML은 페이지 본문과 YouTube 자료를 사용하지 않고, 해당 페이지에 연결된 NeoStudio PDF 1개, 총 2페이지만 직접 시각 판독하여 작성하였다. 이 페이지에서는 별도의 일반 이미지가 확인되지 않았다. 첫 번째 NeoStudio 페이지는 H Bridge와 Bipolar PWM, 대각선 Switch 조합, 동일 Leg 동시 ON에 따른 Short, Motor 양단 전압차와 PWM 전류 제어를 기록한다. 두 번째 페이지는 Unipolar PWM에서 한쪽 Switch를 고정하고 다른 Leg를 ON/OFF하여 평균전압을 조절하는 흐름을 기록한다. 손글씨에서 명확하지 않은 세부 PWM 식이나 외부 전력전자 이론은 임의로 추가하지 않았다.
PWM, Bipolar PWM, Unipolar PWM, H Bridge, Motor, Vdc, Va, Upper Switch, Lower Switch, T1, T2, T3, T4, Q1, Q2, Q3, Q4, Short, Average Voltage, Motor Current

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